FR2835015A1 - Aube mobile de turbine haute pression munie d'un bord de fuite au comportement thermique ameliore - Google Patents

Aube mobile de turbine haute pression munie d'un bord de fuite au comportement thermique ameliore Download PDF

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Abstract

Aube mobile de turbine haute pression de turbomachine, comprenant au moins un circuit de refroidissement composé d'au moins une cavité s'étendant radialement entre un sommet et un pied de l'aube, d'au moins une ouverture d'admission d'air à une extrémité radiale de la ou des cavités pour alimenter le ou les circuits de refroidissement en air de refroidissement, et d'une pluralité de fentes (26) s'ouvrant dans la ou les cavités et débouchant sur le bord de fuite de l'aube, les fentes étant aménagées le long de ce bord de fuite, entre le pied et le sommet de l'aube, de façon sensiblement perpendiculaire à un axe longitudinal de l'aube, et une zone de raccordement (30) est prévue entre une fente (28) la plus proche du pied de l'aube et une surface supérieure (22A) d'une plate-forme (22) définissant une paroi interne pour une veine d'écoulement de gaz de combustion au travers de la turbine haute pression, cette aube mobile comportant en outre une fente supplémentaire (32) pratiquée dans la zone de raccordement dans le prolongement du bord de fuite.

Description

11. Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au
domaine général des aubes mobiles de turbine haute pression d'une turbomachine, et plus particulièrement aux fentes d'évacuation de l'air de refroidissement situées
sur le bord de fuite des aubes mobiles d'une turbine haute pression.
De façon connue en soi, une turbomachine comporte une chambre de combustion dans laquelle de l'air et du carburant sont mélangés avant d'y être brûlés. Les gaz issus de cette combustion s'écoulent vers l'aval dans la chambre de combustion et alimentent ensuite une turUine haute pression. La turbine haute pression comporte une ou plusieurs rangées d'aubes mobiles espacées de fason circonférentielle tout autour du rotor de la turbine. Les aubes mobiles de la turbine haute pression sont ainsi soumises aux températures très élevées des gaz de combustion. Ces températures atteignent des valeurs largement supérieures à celles que peuvent supporter sans dommages les aubes qui sont en contact avec ces gaz, ce qui a pour conséquence de limiter leur
durée de vie.
Afin de résoudre ce problème, il est connu de munir ces aubes de circuits de refroidissement internes visant à réduire la température de ces dernières. Grâce à de tels circuits, de l'air de refroidissement, qui est généralement introduit dans l'aube par son pied, traverse celle-ci en suivant un trajet formé par des cavités pratiquces dans l'aube avant d'être éjecté par des fentes s'ouvrant à la surface de l'aube sur son bord de fuite ou sur son coté intrados débouchant sur ce bord de fuite. Plus précisément, ces fentes d'évacuation de l'air de refroidissement sont généralement réparties entre le pied et le sommet de cette aube, de fason
sensiblement perpendiculaire à un axe longitudinal de l'aube.
Il est également connu que les aubes de turbine haute pression équipées de circuits de refroidissement sont réalisées par moulage. Les emplacements des fentes des circuits de refroidissement sont classiquement réservés par des noyaux disposés parallèlement entre eux dans le moule avant la coulée du métal. Pour éviter une fragilisation du noyau lors de la coulée, la fente d'évacuation de l'air de refroidissement la plus proche du pied de l'aube est généralement réalisée dans des dimensions plus importantes que celles des autres fentes comme l'illustre
la figure 3.
Or, dans la pratique, la zone de raccordement située entre cette fente et la plate-forme supportant l'aube est très mal refroidie, d'autant plus que, à cause des dimensions importantes de cette fente et en raison de la force centrifuge engendrée par la rotation de l'aube, l'air évacué par cette fente a tendance à être dévié vers le sommet de l'aube. Il en résulte des gradients thermiques importants au voisinage du bord de fuite qui génèrent par conduction, au niveau de la zone de raccordement, une
crique particulièrement préjudiciable à la durée de vie de l'aube.
Objet et résumé de l'invention La présente invention vise donc à pallier un tel inconvénient en proposant une aube mobile de turbine haute pression présentant une nouvelle géométrie, au niveau de la zone de raccordement avec la fente d'évacuation de l'air de refroidissement la plus proche du pied de l'aube, qui n'engendre pas de crique. L'invention vise également à ne pas dégrader la tenue mécanique générale de l'aube, pièce soumise à des contraintes mécaniques très importantes. Elle vise enfin une turbine haute
pression de turbomachine équipée de telles aubes mobiles.
A cet effet, il est prévu une aube mobile de turbine haute pression de turbomachine, comprenant au moins un circuit de retroidissement composé d'au moins une cavité s'étendant radialement entre un sommet et un pied de l'aube, d'au moins une ouverture d'admission d'air à une extrémité radiale de la ou des cavités pour alimenter le ou les circuits de refroidissement en air de refroidissement, et d'une pluralité de fentes s'ouvrant dans la ou les cavités et déLouchant sur un bord de fuite de l'aube, les fentes étant aménagées le long de ce bord de fuite, entre le pied et le sommet de l'aube, de fason sensiblement perpendiculaire à un axe longitudinal de l'aube, et une zone de raccordement est prévue entre une fente la plus proche du pied de l'aube et une surface supérieure d'une plate-forme définissant une paroi interne pour une veine d'écoulement de gaz de cornbustion au travers de la turbine haute pression, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une fente supplémentaire pratiquée dans ladite zone de raccordement dans le prolongement du bord de fuite. De la sorte, I'air de refroidissement évacué par cette fente additionnelle est guidé au niveau du bord de fuite sur toute la surface de la zone de raccordement de façon à éviter que des criques n'apparaissent au niveau de celle-ci. Cette géométrie particulière du pied d'aube permet
d'abaisser de 10% environ la température locale au niveau de cette zone.
Dès lors, il n'est plus nécessaire que la fente la plus proche de l'aube présente des dimensions supérieures aux autres fentes car c'est mai ntena nt la fente add ition nelle qu i su bit les effets de pression dus à la coulée du métal. En outre, la fente la plus proche de l'aube reprenant des dimensions normales, le problème posé par la déviation de l'air de refroidissement due à la force centrifuge est éliminé et les pertes en termes de débit en résultant sont donc réduites. Enfin, la tenue de l'aube aux différentes contraintes mécaniques auxquelles elle est soumise n'est
pas détériorée par cette géométrie particulière.
De préférence, cette fente supplémentaire présente une forme dans le groupe des formes suivantes: re*angulaire, oblong, triangulaire
ou en T inversé et elle est obtenue dire*ement de fonderie.
Avantageusement, une extrémité inférieure longitudinale de la fente supplémentaire est disposée juste au-dessus de ladite surface
supérieure de la plate-forme.
Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention
ressortiront de la description faite ci-dessous, en rétérence aux dessins
annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures: - la figure 1 est une vue en perspective d'une aube mobile de turbine haute pression selon l'invention; - les figures 2 et 2A sont des vues partielles agrandies de la figure 1 montrant deux exemples de réalisation de la fente supplémentaire d'évacuation de l'air de refroidissement pratiquée dans la zone de raccordement entre le pied de l'aube et la plate-forme, et - la figure 3 est une vue d'un pied d'aube et de la zone de raccordement entre ce pied et la plate-forme dans une aube de l'art antérieur.
Description détaillée d'un mode de réalisation
La figure représente en perspe*ive une aube mobile 10, par exemple d'une turbine haute pression d'une turbomachine conforme à la présente invention. Cette aube d'axe longitudinal X-X est fixée sur un disque rotor (non représenté) de la turbine haute pression par
l'intermédiaire d'un emmanchement 12 généralement en forme de sapin.
Elle comporte tvpiquement un pied 14, un sommet 16, un bord d'attaque 18 et un bord de fuite 20. L'emmanchement 12 se raccorde au pied 14 de l'aube au niveau d'une plate-forme 22 définissant une paroi interne pour la veine d'écoulement des gaz de combustion au travers de la turbine haute pression. Une telle aube est soumise aux températures très élevées des gaz de combustion et nécessite donc d'être refroidie. A cet effet, et de fason connue en soi, l'aube mobile 10 comporte au moins un circuit de refroidissement interne composé par exemple d'au moins une cavité 24 s'étenda nt radialement entre le pied 14 et le som met 16 de l'au be. Cette cavité est alimentée en air de refroidissement à l'une de ses extrémités radiales par une ouverture d'admission d'air (non représentée). Cette ouvertu re d'ad mission d'ai r est généra le ment prévue au n iveau de l'emmanchement 12 de l'aube. Il est également prévu une pluralité de fentes 26 s'ouvrant dans la cavité 24 et débouchant, dans l'exemple illustré, sur bord de fuite 20 sur le coté intrados de l'aube afin d'évacuer l 'air de refroidissement s'écou la nt da ns la cavité. Ces fentes 26 d'évacuation de l'air de refroidissement sont tvpiquement réparties le long de ce bord de fuite 20, entre le pied 14 et le sommet 16 de l'aube, de fason sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal X-X de l'aube. Plus particulièrement, la fente 28 la plus proche du pied 14 de l'aube 10 est formée juste au-dessus d'une zone de raccordement 30 entre le pied 14 de l'aube et une surface supérieure 22A de la plate- forme 22 du côté de la
veine d'écoulement des gaz de combustion.
La figure 2 illustre plus précisément la géométrie du bord de fuite de l'aube au niveau de cette zone de raccordement avec la fente 28 la plus proche du pied 14 de l'aube 10. Conformément à l'invention, il est prévu une fente supplémentaire pratiquée dans ladite zone de raccordement dans le prolongement du bord de fuite. Cette fente supplémentaire 32 permet d'assurer un refroidissement par convection de cette partie de la zone de raccordement et, par conduction, de la fente la plus proche du pied de l'aube et d'une partie de la plate-forme située dans le prolongement du bord de fuite. Ainsi, en homogénéisant la température au niveau de celle ci, il est possible de supprimer tout point chaud. L'air de refroidissement évacué par cette fente additionnelle recouvre en effet toute la surface de la zone de raccordement au niveau du bord de fuite et en abaisse la température locale de 10% environ. Ainsi, tout risque de crique au niveau de cette zone de raccordement entre le pied de l'aube et la plate-forme dispara^'t et la durée de vie de l'aube s'en trouve rallongée. Dès lors, il n'est plus nécessaire que la fente 28 la plus proche du pied de l'aube présente des dimensions supérieures aux autres fentes 26 comme l'illustre la figure 3 et, en reprenant des dimensions normales, le problème posé par la déviation de l'air de refroidissement au niveau de cette fente, due à la force centrifuge, est éliminé ainsi que les pertes en termes de débit en résultant. La fente supplémentaire peut présenter différentes formes allongées, notamment une forme rectangulaire, oblong (cas illustré à la figure 2), triangulaire ou encore en T inversé comme le montre la fente additionnelle 34 de la figure 2A. Elle est avantageusement obtenue di rectement de fonderie en même tem ps q ue l'au be el le-même et el le 3 0 traverse l 'au be jusqu 'à la cavité 24 tout en restant consta m ment juste au dessus du niveau de la surface supérieure de la plate-forme (c'est à dire que son extrémité inférieure longitudinale 32A ou 34A est au-dessus de cette surface supérieure 22A). Ainsi, c'est cette fente additionnelle qui subit les effets de la pression de coulée de métal et non la fente 28 la plus
proche du pied de l'aube comme dans l'art antérieur.

Claims (5)

REVENDICATIONS
1.Aube mobile de turbine haute pression de turbomachine, comprenant au moins un circuit de refroidissement composé d'au moins une cavité (24) s'étendant radialement entre un sommet (16) et un pied (14) de l'aube (10) , d'au moins une ouverture d'admission d'air à une extrémité radiale de la ou les cavités pour alimenter le ou les circuits de refroidissement en air de refroidissement, et d'une pluralité de fentes (26) s'ouvrant dans la ou des cavités et débouchant sur un bord de fuite (20) de l'aube, les fentes étant aménagées le long de ce bord de fuite, entre le pied et le sommet de l'aube, de fason sensiblement perpendiculaire à un axe longitudinal (X-X) de l'aube, et une zone de raccordement (30) est prévue entre une fente (28) la plus proche du pied de l'aube et une surface supérieure (22A) d'une plate-forme (22) définissant une paroi interne pour une veine d'écoulement de gaz de combustion au travers de la turbine haute pression, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une fente su pplé menta ire (32, 34) pratiquée da ns lad ite zone de
raccordement dans le prolongement du bord de fuite.
2. Au be selon la revend ication 1, ca ractérisée en ce que lad ite fente supplémentaire présente une forme dans le groupe des formes
suivantes: rectangulaire, oblong, triangulaire ou en T inversé.
3. Aube selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite
fente supplémentaire est obtenue directement de fonderie.
4. Aube selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en
ce qu'une extrémité inférieure longitudinale (32a) de la fente supplémentaire est disposée juste au-dessus de ladite surface supérieure
de la plate-forme.
5. Turbine haute-pression de turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comporte une pluralité d'aubes mobiles (10) selon l'une quelconque
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