FR2943380A1 - Aube de distributeur comprenant au moins une fente - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une aube fixe de turbomachine ayant un bord d'attaque, un bord de fuite et des faces intrados et extrados et comportant une chemise débouchante perforée (18) définissant une cavité annulaire entre une paroi extérieure de cette chemise et une paroi interne de l'aube, la chemise présentant une première extrémité (18a) solidaire de l'aube et une seconde extrémité (18b) libre de coulisser le long d'un bord interne de l'aube sous les effets de la dilatation thermique. L'invention se caractérise par le fait que la chemise (18) comporte au moins une fente (30, 32) s'étendant depuis la seconde extrémité (18b) vers la première extrémité (18a) de la chemise.

Description

La présente invention se rapporte au domaine général des aubages de turbines de turbomachine et, plus particulièrement, aux aubes fixes de turbine munies de circuits de refroidissement intégrés. Classiquement, 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 de la chambre de combustion et alimentent ensuite une turbine haute pression. Cette turbine haute pression comporte généralement un ou plusieurs étages, chaque étage étant constitué d'une rangée d'aubes fixes (distributeurs) suivie d'une rangée d'aubes mobiles (roue de turbine). Les aubes fixes du distributeur sont généralement montées entre deux anneaux cylindriques. Ces aubes fixes étant soumises aux températures très élevées des gaz de combustion, il est nécessaire de les refroidir.

Pour ce faire, ces aubes sont le plus souvent creuses pour permettre le passage d'air de refroidissement ou de pressurisation. Plus précisément, il est connu de munir les aubes fixes de circuits de refroidissement internes visant à réduire la température de ces dernières en créant, à l'intérieur de l'aube, une circulation organisée de cet air, et, dans la paroi de l'aube, des perforations destinées à générer un film protecteur pour cette aube. Une telle aube fixe est par exemple connue de FR 2 872 541. La présente invention concerne donc plus précisément une aube fixe de turbomachine ayant un bord d'attaque, un bord de fuite et des faces intrados et extrados et comportant une chemise débouchante perforée définissant une cavité annulaire entre une paroi extérieure de cette chemise et une paroi interne de l'aube, une ouverture d'admission d'air pour alimenter l'intérieur de cette chemise en air de refroidissement et une ouverture d'évacuation d'air pour évacuer une partie de cet air de refroidissement à l'extérieur de l'aube, la chemise présentant une première extrémité solidaire de l'aube et une seconde extrémité libre de se déplacer par rapport à un bord interne de l'aube sous les effets de la dilatation thermique. Il a cependant été constaté qu'après plusieurs heures de fonctionnement de la turbomachine, la seconde extrémité libre de la chemise présente des déformations mécaniques importantes se manifestant par l'apparition d'un décollement non négligeable entre le bord périphérique de la seconde extrémité de la chemise et le bord interne de l'aube. Ce décollement est tout à fait néfaste pour le refroidissement de l'aube fixe car de l'air peut alors pénétrer entre la seconde extrémité de la chemise et le bord interne de l'aube et s'écouler dans la cavité annulaire précitée. Cet écoulement perturbe les jets d'air de refroidissement émis par les perforations de la chemise perforée en conséquence de quoi le refroidissement de l'aube fixe est fortement dégradé. Un but de la présente invention est de proposer une aube fixe remédiant à cet inconvénient. L'invention atteint son but par le fait que la chemise comporte au moins une fente s'étendant depuis la seconde extrémité vers la première extrémité de la chemise. Il a été constaté que la présence de cette fente permettait de diminuer les fuites entre la seconde extrémité de la chemise et le bord interne de l'aube, lesdites fuites étant dues à une déformation sensible de la seconde extrémité de la chemise induite par la dilatation thermique. La fente permet d'assouplir localement la seconde extrémité de la chemise qui peut donc se déformer légèrement à l'endroit de la fente lors du fonctionnement de la turbomachine tout en assurant un contact intime avec le bord interne de l'aube. Par ailleurs, la fente permet d'éviter la déformation permanente de la chemise, c'est-à-dire la déformation qui subsiste lorsque la chemise est revenue à une température ambiante, notamment lorsque la turbomachine est à l'arrêt. En d'autres termes, grâce à la présence de la fente, on limite la déformation, tant à chaud que permanente, de la chemise. A ce titre, il a été constaté qu'une largeur de fente comprise entre quelques centièmes de mm et environ 1 mm permettait d'obtenir ce résultat avantageux. On comprend donc que grâce à la présente invention, on améliore l'étanchéité entre la chemise et le bord interne de l'aube. En outre, un autre intérêt de la présence de cette fente est de faciliter le montage de la chemise dans l'aube fixe. En effet, à l'issue de l'insertion de la chemise dans l'aube fixe, la seconde extrémité de la chemise est généralement montée en force dans le bord interne de l'aube avant la fixation de la première extrémité à l'aube fixe. Grâce à la fente, la périphérie de la seconde extrémité de la chemise peut se déformer légèrement de manière à faciliter la fin du montage de la chemise dans l'aube.

Qui plus est, cette déformation de la seconde extrémité, permet avantageusement au bord périphérique de la seconde extrémité de la chemise de venir épouser le bord interne de l'aube fixe grâce à quoi on facilite l'obtention d'une bonne étanchéité entre la chemise et le bord interne de l'aube fixe dès le montage. La fente permet ainsi un bon ajustement entre la chemise et le bord interne de l'aube, et ce malgré des intervalles de tolérance de fabrication qui peuvent être conséquents. De manière préférentielle, la fente s'étend selon une direction longitudinale, de préférence selon une direction sensiblement parallèle au bord de fuite de l'aube.

Selon un premier mode de réalisation avantageux de l'invention, ladite au moins une fente débouche uniquement à la seconde extrémité de la chemise. Une telle fente peut donc aisément être ajoutée sur des chemises existantes qui en sont dépourvues en réalisant une entaille dans la paroi de la chemise. De manière particulièrement préférentielle, l'extrémité de la fente opposée à la seconde extrémité de la chemise débouche dans un perçage réalisé dans la paroi extérieure de la chemise. Ce perçage permet d'améliorer la durée de vie de la chemise.

En effet, le perçage empêche, ou à tout le moins diminue sensiblement le risque, que des criques ne se forment à partir de ladite extrémité de la fente. Qui plus est, le perçage participe avantageusement au refroidissement de la pale dans la mesure où il constitue une perforation supplémentaire par laquelle l'air de refroidissement peut s'écouler vers la cavité annulaire et venir impacter la paroi interne de l'aube. Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, ladite au moins une fente débouche aux première et seconde extrémités de la chemise.

En d'autres termes, la fente s'étend sur toute la hauteur de la chemise.

Dans une première variante de ces deux modes de réalisation de l'invention, la chemise comporte une première fente réalisée dans une paroi de la chemise qui est disposée en regard de la face intrados de l'aube.

Dans ce cas, c'est donc la paroi de la chemise qui est disposée en regard de la face intrados de l'aube qui se déforme. De préférence, la chemise comporte en outre une seconde fente réalisée dans une paroi de la chemise qui est disposée en regard de la face extrados de l'aube, cette seconde fente étant de préférence similaire à la première fente. Un intérêt est que les parois de la chemise peuvent ainsi se déformer indépendamment l'une de l'autre, sans déformation du profil de la chemise et sans introduire de contraintes mécaniques dans la paroi opposée.

De manière préférentielle, les première et seconde fentes sont formées à proximité d'un bord de la chemise disposé en regard du bord d'attaque de l'aube, grâce à quoi on privilégie la déformation de la paroi disposée en regard du bord d'attaque. De préférence, les première et seconde fentes s'étendent dans un 20 même plan. De préférence, la chemise comporte en outre une autre fente s'étendant selon un bord de la chemise disposée en regard du bord de fuite de l'aube. Cette fente s'étend préférentiellement selon toute la hauteur de la chemise et débouche dans les première et seconde 25 extrémités. Cela constitue une variante avantageuse du deuxième mode de réalisation. En effet, cette conformation permet de sectoriser la chemise en trois parois indépendantes qui peuvent se déformer de manière tout à fait indépendante les unes des autres. La présente invention se rapporte également à un distributeur de 30 turbine, notamment haute pression, comportant une pluralité d'aubes fixes selon l'invention, ainsi qu'à une turbine de turbomachine comportant un distributeur conforme à la présente invention. L'invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit, de modes de réalisation 35 indiqués à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est une vue en coupe d'une aube fixe de distributeur de turbine selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe de l'aube de la figure 1, prise dans un plan orthogonal à une direction radiale ; la figure 3 est une vue en perspective de la chemise d'une aube fixe selon un premier mode de réalisation de l'invention ; et la figure 4 est une vue en perspective de la chemise d'une aube fixe selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. La figure 1 représente un aubage refroidi et plus précisément une aube fixe 10 d'un distributeur de turbine d'une turbomachine conforme à la présente invention. Cette aube, formée d'une pale creuse 12 montée entre une plate- forme externe 14 et une plate-forme interne 16, est destinée à être fixée sur un carter (non représenté ici) de la turbine par l'intermédiaire de la plate-forme externe définissant une paroi externe d'écoulement des gaz à travers la turbine, la paroi interne de la veine d'écoulement étant quant à elle définie par la plate-forme interne 16 de cette aube.

De manière connue, en fonction du sens d'écoulement des gaz de combustion, illustré par une flèche F sur la figure 1, on définit pour cette pale un bord d'attaque 12A, un bord de fuite 12B et des faces intrados 12C et extrados 12D (voir figure 2). Une telle aube fixe est soumise aux températures très élevées des gaz de combustion et nécessite donc d'être refroidie. A cet effet, et de manière connue en soi, l'aube 10 comporte au moins une chemise débouchante perforée 18, alimentée en air de refroidissement à sa première extrémité 18a via une ouverture d'admission d'air 24. Cette chemise définit une cavité périphérique annulaire 20 entre la paroi interne de l'aube et la paroi extérieure de la chemise 18. L'ouverture d'admission d'air 24 est définie au niveau de la plateforme externe 14. Une ouverture d'évacuation d'air 25 est prévue au niveau de la plate forme interne 16 pour évacuer une partie de l'air de refroidissement à l'extérieur de l'aube. Préférentiellement, en sa première extrémité 18a, la chemise 18 est fixée de manière étanche sur la plate-forme externe 14 de l'aube par soudure ou brasure et, à sa seconde extrémité 18b, elle vient se loger dans la plate-forme interne 16 de l'aube au niveau d'un bord interne 16a de l'aube. Comme on le comprend à l'aide de la figure 1, la périphérie de la seconde extrémité 18b de la chemise 18 vient épouser de manière intime le bord interne 16a de l'aube de manière à réaliser une étanchéité (ou une fuite calibrée) entre la chemise 18 et ce bord interne 16a. Par ailleurs, l'air de refroidissement sortant de la chemise 18 par les perforations 28 ménagées dans sa paroi, vient impacter les parois internes de l'aube fixe afin de refroidir cette dernière. Ensuite, cet air est évacué par les trous d'émission calibrés 26 réalisés sur la face intrados 12C de la pale afin de former un film d'air protecteur le long du bord de fuite 12B. A l'aide des figures 3 et 4, on va maintenant décrire plus en détail deux modes de réalisation de la présente invention.

Selon un premier mode de réalisation de l'invention représenté sur la figure 3, la chemise 18 comporte des première et seconde fentes référencées 30 et 32 qui s'étendent toutes les deux selon une direction longitudinale sensiblement parallèle au bord de fuite. Plus précisément, la première fente 30 est réalisée dans une paroi 18c de la chemise 18 qui est disposée en regard de la face intrados 12C de l'aube, tandis que la deuxième fente 32 est réalisée dans une paroi 18d de la chemise 18 qui est disposée en regard de la face extrados 12D de l'aube. Dans cet exemple, les première et seconde fentes sont formées à proximité d'un bord de la chemise qui est disposé en regard du bord d'attaque 12A de l'aube. Autrement dit, les première et seconde fentes sont situées à distance du bord de la chemise disposé en regard du bord de fuite 12B de l'aube. Par ailleurs, chacune des fentes 30, 32 débouche uniquement à la seconde extrémité 18b de la chemise 18.

Selon un aspect avantageux déjà mentionné ci-dessus, l'extrémité 3Oa, 32a de chacune des fentes 30, 32 qui est opposée à la seconde extrémité 18b de la chemise 18 débouche dans un perçage 34,36 réalisé dans la paroi extérieure de la chemise 18. De préférence, le diamètre du perçage est compris entre quelques 35 centièmes de mm et environ lmm, la largeur des première et seconde fentes est comprise entre quelques centièmes de mm et environ 1 mm, tandis que la longueur de la fente est préférentiellement de quelques mm. En se référant à la figure 4, on va maintenant décrire un deuxième mode de réalisation de l'invention.

La chemise 180 représentée sur cette figure 4 comprend des première, deuxième et troisième fentes référencées respectivement 182,184 et 186. Elle comporte également une série de perforations 128 pour la diffusion de l'air de refroidissement dans la cavité 20 précitée.

A l'instar du premier mode de réalisation, chacune des première, seconde et troisième fentes 182,184 et 186 s'étend selon une direction sensiblement parallèle au bord de fuite 12B de l'aube. Dans ce mode de réalisation, chacune des fentes 182,184 et 186 débouche aux première et seconde extrémités de la chemise 180.

Autrement dit, ces fentes s'étendent longitudinalement sur toute la hauteur H de la chemise 180. De préférence, la largeur des fentes est comprise entre quelques centièmes de mm et environ Imm. Comme on l'a représenté sur la figure 4, la première fente 182 est réalisée dans une paroi 180c de la chemise 180 qui est disposée en regard de la face intrados 12C de l'aube, tandis que la deuxième fente 184 est réalisée dans une paroi 180d de la chemise 180 qui est disposée en regard de la face extrados 12D de l'aube. En outre, la troisième fente 186 s'étend selon un bord 180f de la chemise 180 qui est disposé en regard du bord de fuite 12B de l'aube. On voit donc que la chemise 180 est composée de trois secteurs pouvant se déformer indépendamment les uns des autres sous l'effet de la dilatation thermique.

Claims (5)

1. REVENDICATIONS1. Aube fixe (10) de turbomachine ayant un bord d'attaque (12A), un bord de fuite (12B) et des faces intrados (12C) et extrados (12D) et comportant une chemise débouchante perforée (18, 180) définissant une cavité annulaire (20) entre une paroi extérieure de cette chemise et une paroi interne de l'aube, une ouverture d'admission d'air (24) pour alimenter l'intérieur de cette chemise (18) en air de refroidissement et une ouverture d'évacuation d'air (28) pour évacuer une partie de cet air de refroidissement à l'extérieur de l'aube, la chemise présentant une première extrémité (18a, 180a) solidaire de l'aube et une seconde extrémité (18b, 180b) libre de se déplacer par rapport à un bord interne (16a) de l'aube sous les effets de la dilatation thermique, ladite aube étant caractérisée en ce que la chemise (18, 180) comporte au moins une fente (30, 32, 182, 184, 186) s'étendant depuis la seconde extrémité (18b, 180b) vers la première extrémité de la chemise.
2. 2. Aube selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite fente (30, 32, 182, 184, 186) s'étend selon une direction sensiblement parallèle au bord de fuite.
3. 3. Aube selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ladite au moins une fente (30, 32) débouche uniquement à la seconde extrémité de la chemise.
4. 4. Aube selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'extrémité (30a, 32a) de ladite fente (30, 32) opposée à la seconde extrémité (18a) de la chemise débouche dans un perçage (34, 36) réalisé dans la paroi extérieure de la chemise.
5. 5. Aube selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ladite au moins une fente (182, 184, 186) débouche aux première (180a) et seconde (180b) extrémités de la chemise (180).356 Aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la chemise comporte une première fente (30, 182) réalisée dans une paroi de la chemise (18c, 180c) qui est disposée en regard de la face intrados (12C) de l'aube. 7. Aube selon la revendication 6, caractérisée en ce que la chemise comporte en outre une seconde fente (32, 184) réalisée dans une paroi de la chemise (18d, 180d) qui est disposée en regard de la face extrados (12D) de l'aube. 8. Aube selon la revendication 7, caractérisée en ce que les première et seconde fentes (30, 32, 182, 184) sont formées à proximité d'un bord de la chemise (18e, 180e) disposé en regard du bord d'attaque (12A) de l'aube. 9. Aube selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que les deux fentes (30, 32, 182, 184) sont situées dans un même plan. 10.Aube selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisée 20 en ce que la chemise (180) comporte en outre une autre fente (186) s'étendant selon un bord (180f) de la chemise disposée en regard du bord de fuite de l'aube. 11. Distributeur de turbine comportant une pluralité d'aubes fixes selon 25 l'une quelconque des revendications 1 à 10. 12.Turbine de turbomachine comportant un distributeur selon la revendication 11. 10 15