FR2962160A1

FR2962160A1 - Ensemble rotor destine a etre utilise dans des moteurs a turbine a gaz et moteur a turbine

Info

Publication number: FR2962160A1
Application number: FR1155810A
Authority: FR
Inventors: Eugenio Yegro Segovia
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2011-06-29
Publication date: 2012-01-06
Also published as: DE102011051388A1; JP2012013080A; US20120003091A1; CN102383863A

Abstract

La présente invention porte sur un ensemble rotor (32) destiné à être utilisé avec une turbine (18). L'ensemble rotor (32) comprend un arbre de rotor (22), au moins un disque de rotor (40) couplé à l'arbre de rotor de manière à délimiter un chemin de refroidissement (94) entre l'arbre de rotor et l'au moins un disque de rotor ; le disque de rotor comprend un corps sensiblement cylindrique s'étendant entre un bord radialement interne (48) et un bord radialement externe (50) ; le corps s'étendant globalement entre une surface amont (52) et une surface aval (54) ; et un ensemble de refroidissement (100) couplé au disque de rotor, l'ensemble de refroidissement comprenant une première plaque de refroidissement (102) couplée à la surface aval de manière à délimiter un conduit de refroidissement (112) entre la première plaque de refroidissement et la surface aval, le conduit de refroidissement étant configuré pour canaliser du fluide de refroidissement (96) provenant du chemin de refroidissement vers le bord externe.

Description

B11-2728FR 1 Ensemble rotor destiné à être utilisé dans des moteurs à turbine à gaz et moteur à turbine

La présente invention porte de façon générale sur des moteurs à turbine à gaz, et en particulier sur un ensemble rotor utilisé dans des moteurs à turbine à gaz. Certains moteurs à turbine à gaz connus comprennent une chambre de combustion, un compresseur couplé en amont de la chambre de combustion, une turbine, et un ensemble rotor couplé rotatif entre le compresseur et la turbine. Certains ensembles rotor connus comprennent un arbre de rotor, au moins un disque de rotor couplé à l'arbre de rotor, et une pluralité d'aubes ou ailettes de rotor circonférentiellement espacées couplées à chaque disque de rotor. Chaque aube de rotor présente un profil aérodynamique qui s'étend radialement vers l'extérieur depuis une plateforme d'aube de rotor. Certaines aubes de rotor connues comprennent également une queue d'aronde qui s'étend radialement vers l'intérieur depuis un pied qui s'étend entre la plateforme et la queue d'aronde. La queue d'aronde est utilisée pour monter l'aube de rotor dans un disque de rotor. Les segments d'emplanture d'au moins certaines ailettes connues sont couplés à un disque de rotor par insertion de la queue d'aronde dans une rainure en queue d'aronde formée dans le disque de rotor. Les aubes de rotor peuvent être creuses et comporter une cavité de refroidissement interne délimitée au moins partiellement par le profil aérodynamique, la plateforme, le pied et la queue d'aronde. Les aubes ou ailettes de turbine en rotation canalisent des fluides à haute température, tels que des gaz de combustion, à travers la turbine. Etant donné que des moteurs à turbine fonctionnent typiquement à des températures relativement élevées, la partie de profil aérodynamique des aubes ou ailettes de rotor est généralement exposée à des températures plus élevées que la partie emplanture de la même aube. Il en résulte des gradients thermiques, et au cours du temps, une exposition continue aux hautes températures qui peut provoquer une défaillance prématurée des bouts d'aube. Ces défaillances peuvent nécessiter un remplacement de l'ailette de turbine endommagée et imposer un arrêt de la turbine pour permettre une réparation ou un remplacement de l'aube endommagée.

De ce fait, un ensemble rotor assurant un meilleur refroidissement d'un disque de rotor et d'une ailette de turbine pourrait réduire les coûts de maintenance et prolonger la durée de service de l'ensemble rotor. L'allongement de la durée de service de l'ensemble rotor est propice à la réduction des coûts d'exploitation du moteur à turbine à gaz. Selon un aspect de l'invention, il est proposé un procédé d'assemblage d'un ensemble rotor destiné à être utilisé avec une turbine. Le procédé consiste à assembler un arbre de rotor et au moins un disque de rotor de manière à délimiter un chemin de refroidissement entre l'arbre de rotor et le disque de rotor. Le disque de rotor comprend un corps sensiblement cylindrique qui présente des surfaces amont et aval s'étendant entre un bord radialement interne et un bord radialement externe. Une première plaque de refroidissement est couplée à la surface aval du disque de rotor de manière à délimiter un conduit de refroidissement entre la première plaque de refroidissement et la surface aval. Le conduit de refroidissement est configuré pour canaliser du fluide de refroidissement provenant du chemin de refroidissement vers le bord externe. Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un ensemble rotor destiné à être utilisé avec une turbine comprenant un arbre de rotor et au moins un disque de rotor qui est couplé à l'arbre de rotor de manière à délimiter un chemin de refroidissement entre l'arbre de rotor et le disque de rotor. Le disque de rotor comprend un corps sensiblement cylindrique qui s'étend entre un bord radialement interne et un bord radialement externe. Le corps s'étend globalement axialement entre une surface amont et une surface aval. Un ensemble de refroidissement est couplé au disque de rotor. L'ensemble de refroidissement comprend une première plaque de refroidissement qui est couplée à la surface aval de manière à délimiter un conduit de refroidissement entre la première plaque de refroidissement et la surface aval. Le conduit de refroidissement est configuré pour canaliser du fluide de refroidissement provenant du chemin de refroidissement vers le bord externe.

Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un moteur à turbine à gaz comprenant un compresseur et une turbine qui est couplée en communication fluidique avec le compresseur pour recevoir au moins une partie de l'air refoulé par le compresseur. Un arbre de rotor est couplé rotatif à la turbine. Au moins un disque de rotor est couplé à l'arbre de rotor de manière à délimiter un chemin de refroidissement entre l'arbre de rotor et le disque de rotor. Le disque de rotor comprend un corps sensiblement cylindrique qui s'étend entre un bord radialement interne et un bord radialement externe. Le corps s'étend globalement axialement entre une surface amont et une surface aval. Un ensemble de refroidissement est couplé au disque de rotor. L'ensemble de refroidissement comprend une première plaque de refroidissement qui est couplée à la surface aval de manière à délimiter un conduit de refroidissement entre la première plaque de refroidissement et la surface aval. Le conduit de refroidissement est configuré pour canaliser du fluide de refroidissement provenant du chemin de refroidissement vers le bord externe. L'ensemble de refroidissement peut comprendre en outre une pluralité d'aubes couplées entre la surface aval et la première plaque de refroidissement, chaque aube s'étendant vers l'extérieur, du bord interne vers le bord externe, des aubes adjacentes étant espacées l'une de l'autre par une distance circonférentielle de manière à délimiter un canal de refroidissement entre les aubes de chaque paire d'aubes circonférentiellement adjacentes. Chaque aube peut comprendre une surface externe arquée façonnée pour canaliser le fluide de refroidissement dans chaque canal de refroidissement; et/ou les aubes de chaque paire d'aubes circonférentiellement espacées peuvent être espacées de manière à donner au canal de refroidissement une ouverture d'entrée qui est plus petite qu'une ouverture de sortie; et/ou la première plaque de refroidissement peut comprendre un rebord interne qui s'étend vers l'intérieur depuis la première plaque de refroidissement pour délimiter une ouverture d'entrée qui s'étend dans un chemin de fluide de refroidissement délimité entre le bord interne du disque de rotor et l'arbre; et/ou l'ensemble de refroidissement peut comprendre en outre une seconde plaque de refroidissement couplée à la surface amont de manière à délimiter un conduit d'air de retour entre la seconde plaque de refroidissement et la surface amont; dans ce cas, l'au moins un disque de rotor peut comprendre au moins un premier disque de rotor couplé à un second disque de rotor, la première plaque de refroidissement peut être couplée à une seconde plaque de refroidissement adjacente de manière à coupler le conduit de refroidissement en communication fluidique avec le conduit d'air de retour L'ensemble de refroidissement peut comprendre en outre au moins un générateur de tourbillons couplé à la première plaque de refroidissement. La présente invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée suivante illustrée par les dessins dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un exemple de moteur à turbine; - la figure 2 est une coupe partielle d'une partie d'un exemple d'ensemble rotor qui peut être utilisé avec le moteur à turbine à gaz représenté sur la figure 1; - la figure 3 est une coupe partielle agrandie d'une partie de l'ensemble rotor représenté sur la figure 2; et - la figure 4 est une coupe partielle, suivant une ligne 4-4, de l'ensemble rotor représenté sur la figure 3. Les exemples de procédés et systèmes décrits dans la présente surmontent des inconvénients d'ensembles rotor connus en procurant un disque de rotor qui facilite un refroidissement amélioré sur toute une surface d'un disque de rotor et d'une rangée d'ailettes de turbine. Plus spécifiquement, les modes de réalisation décrits dans la présente décrivent un disque de rotor qui comprend un ensemble de refroidissement qui canalise un fluide de refroidissement provenant d'un chemin de refroidissement délimité le long d'un arbre de rotor vers les ailettes de turbine. Dans l'exemple de réalisation, l'ensemble de refroidissement comprend une pluralité d'aubes qui exercent une force centrifuge sur le fluide de refroidissement afin de faciliter une canalisation du fluide de refroidissement radialement vers l'extérieur depuis l'arbre de rotor. Le fluide de refroidissement facilite la réduction de température du disque de rotor et des ailettes de turbine, ce qui prolonge la durée de service de l'ensemble rotor. Tel qu'ils sont utilisés dans la présente, le terme "amont" se rapporte une extrémité avant ou d'admission d'un moteur à turbine à gaz, et le terme "aval" se rapporte à une extrémité arrière ou tuyère d'éjection du moteur à turbine à gaz. La figure 1 est une vue schématique d'un exemple de système de moteur à turbine 10. Dans l'exemple de réalisation, le système de moteur à turbine 10 comprend une section d'admission 12, une section compresseur 14 couplée en aval de la section d'admission 12, une section chambre de combustion 16 couplée en aval de la section compresseur 14, une section turbine 18 couplée en aval de la section chambre de combustion 16, et une section d'échappement 20. La section turbine 18 est couplée à la section compresseur 14 par un arbre de rotor 22. Dans l'exemple de réalisation, la section chambre de combustion 16 comprend une pluralité de chambres de combustion 24. La section chambre de combustion 16 est couplée à la section compresseur 14 de manière à placer chaque chambre de combustion 24 en communication fluidique avec la section compresseur 14. Un ensemble injecteur de combustible 26 est couplé à chaque chambre de combustion 24. La section turbine 18 est couplée à la section compresseur 14 et à une charge 28 telle qu'une génératrice électrique et/ou une application d'entraînement mécanique. Dans l'exemple de réalisation, la section compresseur 14 et la section turbine 18 comprennent chacune au moins un ensemble disque de rotor 30 qui est couplé à l'arbre de rotor 22 pour former un ensemble rotor 32. En service, la section d'admission 12 canalise de l'air vers la section compresseur 14 dans laquelle l'air est comprimé à une plus haute pression et une plus haute température avant d'être refoulé vers la section chambre de combustion 16. L'air comprimé est mélangé à un combustible et enflammé afin de produire des gaz de combustion qui sont canalisés vers la section turbine 18. Plus spécifiquement, dans les chambres de combustion 24, un combustible, par exemple du gaz naturel et/ou du mazout, est injecté dans l'écoulement d'air, et le mélange combustible-air est enflammé afin de produire des gaz de combustion à haute température qui sont canalisés vers la section turbine 18. La section turbine 18 convertit l'énergie thermique du courant gazeux en énergie mécanique de rotation, à mesure que les gaz de combustion communiquent de l'énergie de rotation à la section turbine 18 et à l'ensemble rotor 32. La figure 2 est une coupe partielle d'une partie d'un exemple d'ensemble rotor 32 qui peut être utilisé avec le système de moteur à turbine 10. La figure 3 est une coupe partielle agrandie de l'ensemble rotor 32. Des composants identiques représentés sur la figure 3 sont repérés par les mêmes numéros de référence que ceux utilisés sur la figure 2. Dans l'exemple de réalisation, la section turbine 18 comprend une pluralité d'étages 34 qui comprennent chacun un ensemble disque de rotor 30 tournant et une rangée fixe d'aubes de stator 36. Dans l'exemple de réalisation, chaque ensemble disque de rotor 30 comprend une pluralité d'ailettes de turbine 38 couplées à un disque de rotor 40. Chaque disque de rotor 40 est couplé à un arbre de rotor, tel que l'arbre de rotor 22. Un carter de turbine 42 s'étend circonférentiellement autour des ailettes de turbine 38 et des aubes de stator 36, de telle manière que les aubes de stator 36 soient supportées par le carter 42. Dans l'exemple de réalisation, chaque disque de rotor 40 est annulaire et comprend un alésage central 44 qui le traverse sensiblement axialement. Plus spécifiquement, un corps de disque 46 s'étend radialement vers l'extérieur depuis l'alésage central 44, et l'alésage central 44 est dimensionné pour recevoir l'arbre de rotor 22. Le corps de disque 46 s'étend radialement entre un bord radialement interne 48 et un bord radialement externe 50, et axialement d'une surface amont 52 à une surface aval 54 opposée. La surface amont 52 et la surface aval 54 s'étendent chacune entre le bord interne 48 et le bord externe 50. Un bras de support axial 56 est couplé entre des disques de rotor 40 adjacents pour former l'ensemble rotor 32.

Chaque ailette de turbine 38 est couplée au bord externe 50 du disque de rotor 40 et s'étend radialement vers l'extérieur depuis le corps de disque 46. Les ailettes de turbine 38 sont espacées circonférentiellement autour du disque de rotor 40. Des disques de rotor 40 adjacents sont orientés de manière à délimiter un écartement 58 entre chaque rangée 59 d'ailettes de turbine 38 circonférentiellement espacées. L'écartement 58 est dimensionné pour recevoir une rangée 60 d'aubes de stator 36 circonférentiellement espacées qui s'étendent chacune vers l'intérieur depuis le carter de turbine 42 vers l'arbre de rotor 22. Plus spécifiquement, les aubes de stator 36 sont espacées circonférentiellement autour de l'arbre de rotor 22 et sont orientées pour canaliser les gaz de combustion vers l'aval en direction d'ailettes de turbine 38. Un chemin de gaz chauds 61 est délimité entre le carter de turbine 42 et chaque disque de rotor 40. Les rangées 59 et 60 d'ailettes de turbine 38 et d'aubes de stator 36 s'étendent chacune au moins partiellement dans une partie du chemin de gaz chauds 61. Dans l'exemple de réalisation, chaque ailette de turbine 38 s'étend radialement vers l'extérieur depuis le disque de rotor 40 et comprend un profil aérodynamique 62, une plateforme 64, un pied 66 et une queue d'aronde 68. La plateforme 64 s'étend entre le profil aérodynamique 62 et le pied 66 de sorte que chaque profil aérodynamique 62 s'étend radialement vers l'extérieur depuis la plateforme 64 vers le carter de turbine 42. Le pied 66 s'étend radialement vers l'intérieur, de la plateforme 64 à la queue d'aronde 68. La queue d'aronde 68 s'étend radialement vers l'intérieur depuis le pied 66 et permet de coupler solidement les ailettes de turbine 38 au disque de rotor 40. Une paroi latérale de pied 70 s'étend entre une plaque de recouvrement avant 72 et une plaque de recouvrement arrière 74. La paroi latérale de pied 70 est renfoncée par rapport à la plaque de recouvrement avant 72 et la plaque de recouvrement arrière 74, de telle manière que lorsque les ailettes de turbine 38 sont couplées au disque de rotor 40, une cavité de pied 76 soit délimitée entre des parois latérales de pied 70 circonférentiellement adjacentes.

Dans un mode de réalisation, un passage annulaire 78 est formé à travers le pied 66 et la queue d'aronde 68 et s'étend du disque de rotor 40 à la plateforme 64. Le passage 78 permet de canaliser un écoulement de fluide de refroidissement du bord externe 50 du disque de rotor vers la plateforme 64. Dans l'exemple de réalisation, un dispositif d'étanchéité du type "angel wing" ("aile d'ange") avant 80 s'étend vers l'extérieur depuis la plaque de recouvrement avant 72 pour assurer l'étanchéité d'une cavité tampon avant 82 délimitée entre la surface amont 52 du disque de rotor et l'aube de stator 36. Une aile d'ange arrière 84 s'étend vers l'extérieur depuis la plaque de recouvrement arrière 74 pour assurer l'étanchéité d'une cavité tampon arrière 86 délimitée entre la surface aval 54 du disque de rotor et l'aube de stator 36. Dans l'exemple de réalisation, une aile d'ange inférieure avant 88 s'étend vers l'extérieur depuis la plaque de recouvrement avant 72 pour assurer l'étanchéité entre l'ailette de turbine 38 et le disque de rotor 40. Plus spécifiquement, l'aile d'ange inférieure avant 88 est positionnée entre la queue d'aronde 68 et l'aile d'ange avant 80. Le bord interne 48 du disque de rotor est espacé radialement vers l'extérieur de l'arbre de rotor 22 par une certaine distance de manière à délimiter un écartement 90 entre une surface externe 92 de l'arbre de rotor 22 et le bord interne 48. Les disques de rotor 40 sont couplés les uns aux autres de manière à délimiter un chemin de fluide de refroidissement 94 entre l'arbre de rotor 22 et chaque disque de rotor 40. Le chemin de fluide de refroidissement 94 est configuré pour faciliter la canalisation d'un écoulement de fluide de refroidissement 96 provenant de la section compresseur 14 à travers la section turbine 18. Un ensemble de refroidissement 100 est couplé à au moins un disque de rotor 40 pour servir à canaliser du fluide de refroidissement provenant du chemin de fluide de refroidissement 94 vers les ailettes de turbine 38. Plus spécifiquement, dans l'exemple de réalisation, l'ensemble de refroidissement 100 canalise du fluide de refroidissement 96 du bord interne 48 vers le bord externe 50 du disque de rotor.

Dans l'exemple de réalisation, l'ensemble de refroidissement 100 comprend une première plaque de refroidissement 102 et une seconde plaque de refroidissement 104. La première plaque de refroidissement 102 est couplée à la surface aval 54 du disque de rotor, et la seconde plaque de refroidissement est couplée à la surface amont 52 du disque de rotor. La première plaque de refroidissement 102 comprend un premier disque de refroidissement 106 s'étendant entre une partie interne 108 et une partie radialement externe 110. Le premier disque de refroidissement 106 comprend un alésage 111 délimité par la partie interne 108. L'alésage 111 est dimensionné pour recevoir l'arbre de rotor 22. Dans l'exemple de réalisation, le premier disque de refroidissement 106 s'étend du bord interne 48 au bord externe 50 de la surface aval 54 et est espacé du disque de rotor 40 par une distance di de manière à délimiter un conduit de refroidissement 112 entre une surface interne 114 du premier disque de refroidissement 106 et la surface aval 54 du disque de rotor. Une ouverture d'entrée 116 est délimitée entre la surface aval 54 du disque de rotor et la partie interne 108, et une ouverture de sortie 118 est délimitée entre la surface aval 54 et la partie externe 110. Dans l'exemple de réalisation, le conduit de refroidissement 112 s'étend entre les ouvertures d'entrée et de sortie 116 et 118 pour servir à canaliser du fluide de refroidissement 96 de l'ouverture d'entrée 116 jusqu'à l'ouverture de sortie 118. L'ouverture d'entrée 116 permet de canaliser du fluide de refroidissement 96 vers le conduit de refroidissement 112 en provenance du chemin de fluide de refroidissement 94. Le premier disque de refroidissement 106 est orienté sensiblement parallèle à la surface aval 54 du disque de rotor de telle manière que le conduit de refroidissement 112 présente une largeur w sensiblement uniforme de la partie interne 108 à la partie externe 110. Dans l'exemple de réalisation, la partie interne 108 entoure sensiblement la surface externe 92 de l'arbre de rotor et est espacée radialement de la surface externe 92 par une distance d2 de manière à délimiter au moins une partie du chemin de fluide de refroidissement 94 entre la première plaque de refroidissement 102 et l'arbre de rotor 22. La première plaque de refroidissement 102 canalise au moins une partie du fluide de refroidissement 96 provenant du chemin de fluide de refroidissement 94 dans le conduit de refroidissement 112 vers le bord externe 50 du disque de rotor pour faciliter un refroidissement du disque de rotor 40 et de chaque ailette de turbine 38. Dans un mode de réalisation, un rebord 120 s'étend radialement vers l'intérieur depuis la partie interne 108 vers l'arbre de rotor 22. Dans l'exemple de réalisation, une pluralité d'aubes déflectrices 122 sont couplées entre le disque de rotor 40 et le premier disque de refroidissement 106. Les aubes 122 sont circonférentiellement espacées et s'étendent chacune entre la partie interne 108 et la partie externe 110 du disque. Les aubes 122 génèrent une force centrifuge due au fluide de refroidissement 96 entrant par l'ouverture d'entrée 116 du conduit de refroidissement 112. Le conduit de refroidissement 112 canalise le fluide de refroidissement 96 de l'ouverture d'entrée 116 à l'ouverture de sortie 118. Chaque ouverture d'entrée 116 est délimitée entre deux aubes déflectrices 122 circonférentiellement adjacentes. Plus spécifiquement, dans l'exemple de réalisation, les ouvertures d'entrée 116 sont adjacentes à la partie interne 108. Les ouvertures de sortie 118 sont délimitées entre les aubes 122 adjacentes de telle manière que chaque ouverture de sortie 118 soit adjacente à la partie externe 110. La seconde plaque de refroidissement 104 est couplée au disque de rotor 40 et est espacée de la surface amont 52 par une distance d3 de manière à délimiter un conduit d'air de retour 124 entre la plaque de refroidissement 104 et la surface amont 52. Dans l'exemple de réalisation, la plaque de refroidissement 104 comprend un second disque de refroidissement 126. Le second disque de refroidissement 126 comprend une partie interne 128 et une partie radialement externe 130. Un alésage 131 est délimité par la partie interne 128 et est dimensionné pour recevoir l'arbre de rotor 22. La partie externe 130 est positionnée adjacente au bord externe 50 du disque de rotor. La partie interne 128 entoure l'arbre de rotor 22. Le bord interne 48 du disque de rotor est positionné plus près de la surface externe 92 que la partie interne 128. Le conduit d'air de retour 124 s'étend entre une ouverture d'entrée d'air de retour 132 et une ouverture de sortie d'air de retour 134. L'ouverture d'entrée d'air de retour 132 est délimitée entre la partie externe 130 et la surface amont 52. L'ouverture de sortie d'air de retour 134 est délimitée entre la partie interne 128 et la surface amont 52. Le conduit d'air de retour 124 permet de canaliser le fluide de refroidissement 96 du bord externe 50 du disque de rotor au chemin de fluide de refroidissement 94.

Dans l'exemple de réalisation, l'ensemble de refroidissement 100 comprend un épaulement de refroidissement supérieur 136 qui s'étend entre les plaques de refroidissement 102 et 104 de manière à coupler le conduit de refroidissement 112 en communication fluidique avec le conduit d'air de retour 124. Un canal 138 est délimité entre la partie externe 110 du premier disque de refroidissement et la partie externe 130 du second disque de refroidissement. Le canal 138 forme une partie d'un circuit de refroidissement 140 servant à canaliser du fluide de refroidissement 96 du conduit de refroidissement 112 au conduit d'air de retour 124.

En service, la section compresseur 14 (représentée sur la figure 1) comprime l'air et refoule l'air comprimé dans la section chambre de combustion 16 (représentée sur la figure 1) et vers la section turbine 18. La majeure partie de l'air refoulé par la section compresseur 14 est canalisée vers la section chambre de combustion 16, et une plus petite partie de l'air refoulé par la section compresseur 14 est canalisée en aval vers la section turbine 18 pour être utilisée pour refroidir l'ensemble rotor 32. Plus spécifiquement, une première branche d'écoulement 142 d'air comprimé sous pression est canalisée vers les chambres de combustion 24 (représentées sur la figure 1) dans lesquelles l'air est mélangé au combustible et enflammé afin de produire des gaz de combustion à haute température 142. Les gaz de combustion 142 sont canalisés vers le chemin de gaz chauds 61, dans lequel les gaz 142 entrent en contact avec les ailettes de turbine 38 et les aubes de stator 36 pour exercer une force de rotation sur l'ensemble rotor 32. L'air comprimé entre également dans une seconde branche d'écoulement 144 pour être utilisé comme fluide de refroidissement 96. L'air sortant de la branche d'écoulement 144 est canalisé dans le chemin de fluide de refroidissement 94 entre l'arbre de rotor 22 et les disques de rotor 40. Lorsque l'ensemble rotor 32 tourne, l'ensemble de refroidissement 100 dirige au moins une partie de l'air sortant de la branche d'écoulement 144 vers l'extérieur, du chemin de fluide de refroidissement 94 vers le bord externe 50 du disque de rotor par l'intermédiaire de chaque conduit de refroidissement 112. La figure 4 est une coupe partielle de l'ensemble rotor 32 suivant une ligne de coupe 4-4. Des composants identiques représentés sur la figure 4 sont repérés par les mêmes numéros de référence que ceux utilisés sur la figure 2 et la figure 3. Dans l'exemple de réalisation, les aubes déflectrices 122 s'étendent entre la partie interne 108 et la partie externe 110 de la première plaque de refroidissement 102. Un bord d'entrée 150 de chaque aube 122 est espacé circonférentiellement autour de l'alésage 111 délimité par la partie interne 108. L'alésage 111 est dimensionné pour recevoir l'arbre de rotor 22 de manière à délimiter circonférentiellement le chemin de fluide de refroidissement 94 entre l'arbre de rotor 22 et la première plaque de refroidissement 102. Chaque aube déflectrice 122 comprend un intrados 152 et un extrados 154 opposé. L'intrados 152 et l'extrados 154 s'étendent chacun entre le bord d'entrée 150 et un bord de sortie 156. Les deux aubes 122 de chaque paire d'aubes adjacentes circonférentiellement espacées sont espacées de manière à délimiter un canal de refroidissement 158 entre l'ouverture d'entrée 116 et l'ouverture de sortie 118. Chaque canal de refroidissement 158 est en outre délimité entre le premier disque de refroidissement 106 et la surface aval 54 (représentée sur la figure 2). Chaque ouverture d'entrée 116 s'étend entre un intrados 152 et l'extrados 154 d'une aube 122 adjacente au niveau du bord d'entrée 150. Chaque ouverture de sortie 118 s'étend entre l'intrados 152 et un extrados 154 adjacent au niveau du bord de sortie 156. L'ouverture d'entrée 116 a une première largeur 160 qui est plus petite qu'une seconde largeur 162 de l'ouverture de sortie 118. Chaque aube 122 est formée selon une forme arquée et est orientée de manière à donner au canal de refroidissement 158 une forme en spirale qui diverge vers l'extérieur en allant de la partie interne 108 vers la partie externe 110. Dans un mode de réalisation, une pluralité de générateurs de tourbillons 164, tels que des ailettes et/ou des nervures, sont couplés à la surface aval 54 et/ou au premier disque de refroidissement 106 à l'intérieur du canal de refroidissement 158, pour faciliter un transfert de chaleur entre le disque de rotor 40 et le fluide de refroidissement 96. En service, du fluide de refroidissement 96 est canalisé vers les canaux de refroidissement 158 par chaque ouverture d'entrée 116. Lorsque le fluide de refroidissement 96 entre par les ouvertures d'entrée 116, la rotation de l'ensemble rotor 32 fait que les aubes 122 génèrent une force centrifuge due à l'écoulement du fluide de refroidissement 96, ce qui accroît la pression du fluide de refroidissement 96 dans chaque canal de refroidissement 158. A mesure que la force centrifuge s'exerce sur le fluide de refroidissement 96, un différentiel de pression dans le fluide de refroidissement 96 est créé entre l'ouverture d'entrée 116 et l'ouverture de sortie 118. Les canaux de refroidissement 158 rejettent le fluide de refroidissement 96 vers l'extérieur, de l'ouverture d'entrée 116 à l'ouverture de sortie 118. Le fluide de refroidissement 96 facilite un refroidissement par convection du disque de rotor 40 à mesure que le fluide 96 est canalisé d'un bord à l'autre de la surface aval 54. Le fluide de refroidissement 96 entre en contact avec le bras de support 56 pour faciliter un refroidissement du bord externe 50 du disque de rotor et du bras de support 56. Dans un mode de réalisation, au moins une partie du fluide de refroidissement 96 est canalisée vers chaque passage d'ailette 78 pour faciliter un refroidissement des pieds 66 et des plateformes 64. L'ensemble rotor ainsi décrit facilite une réduction de la température de fonctionnement d'une turbine à gaz. Plus spécifiquement, par la création d'un ensemble rotor ayant un ensemble de refroidissement couplé à une surface externe d'un disque de rotor, un fluide de refroidissement est canalisé radialement vers l'extérieur, d'un arbre de rotor vers une ailette de turbine, pour faciliter un refroidissement de l'ensemble rotor. De plus, par l'assemblage d'un ensemble de refroidissement qui comprend une pluralité de canaux de refroidissement, une force centrifuge engendrée par la rotation de l'ensemble rotor facilite une canalisation de fluide de refroidissement dans les canaux de refroidissement pour réduire la température de fonctionnement de l'ensemble rotor. En outre, par la création d'un ensemble rotor ayant un ensemble de refroidissement, le refroidissement d'un disque de rotor est augmenté par comparaison à des ensembles rotor connus qui ne canalisent pas de fluide de refroidissement de l'arbre de rotor vers les ailettes de turbine. Cela est propice à une réduction des coûts de maintenance du système de moteur à turbine à gaz. Des exemples de réalisation d'un ensemble rotor destiné à être utilisé dans un moteur à turbine à gaz et de son procédé d'assemblage ont été décrits en détail. Les procédés et appareils ne sont pas limités aux modes de réalisation spécifiques illustrés. Des composants de système et/ou des étapes de procédé peuvent être utilisés indépendamment et séparément d'autres composants et/ou étapes décrits. Par exemple, les procédés et appareils peuvent également être utilisés avec d'autres systèmes et procédés de combustion, et ne sont pas limités à une application à un moteur à turbine à gaz comme décrit ci-dessus. Bien que des caractéristiques spécifiques de divers modes de réalisation de l'invention puissent être représentées sur certains dessins et pas sur d'autres, les références à "un mode de réalisation" dans la description qui précède ne doivent pas être interprétées comme excluant l'existence de modes de réalisation supplémentaires incorporant également les caractéristiques décrites. Toute caractéristique d'un dessin peut être combinée avec n'importe quelle autre caractéristique d'autre dessin.

Liste de composants

10 Système de moteur à turbine 12 Section d'admission 14 Section compresseur 16 Section chambre de combustion 18 Section turbine 20 Section d'échappement 22 Arbre de rotor 24 Chambre de combustion 26 Ensemble injecteur de combustible 28 Charge 30 Ensemble disque de rotor 32 Ensemble rotor 34 Pluralité d'étages 36 Aubes de stator 38 Ailette de turbine 40 Disque de rotor 42 Carter de turbine 44 Alésage central 46 Corps de disque 48 Bord interne 50 Bord externe du disque de rotor 52 Surface amont du disque de rotor 54 Surface aval du disque de rotor 56 Bras de support axial 58 Ecartement 59 Rangée

60 Rangée 61 Chemin de gaz chauds 62 Profil aérodynamique 64 Plateforme 66 Pied 68 Queue d'aronde 70 Paroi latérale de pied 72 Plaque de recouvrement avant 74 Plaque de recouvrement arrière 76 Cavité de pied 78 Passage 80 Aile d'ange avant 82 Cavité tampon avant 84 Aile d'ange arrière 86 Cavité tampon arrière 88 Aile d'ange inférieure avant 90 Ecartement 92 Surface externe 94 Chemin de fluide de refroidissement 96 Fluide de refroidissement 100 Ensemble de refroidissement 102 Première plaque de refroidissement 104 Seconde plaque de refroidissement 106 Premier disque de refroidissement 108 Partie interne 110 Partie externe 111 Alésage 112 Conduit de refroidissement

114 Surface interne 116 Ouverture d'entrée 118 Ouverture de sortie 120 Rebord 122 Aube déflectrice 124 Conduit d'air de retour 126 Second disque de refroidissement 128 Partie interne 130 Partie externe 131 Alésage 132 Ouverture d'entrée d'air de retour 134 Ouverture de sortie d'air de retour 136 Epaulement de refroidissement supérieur 138 Canal 140 Circuit de refroidissement 142 Gaz de combustion à haute température 144 Branche d'écoulement 150 Bord d'entrée 152 Intrados 154 Extrados 156 Bord de sortie 158 Canal de refroidissement 160 Première largeur 162 Seconde largeur 164 Pluralité de générateurs de tourbillons

Claims

REVENDICATIONS1. Ensemble rotor (32) destiné à être utilisé avec une turbine (18), ledit ensemble rotor (32) comprenant: un arbre de rotor (22); au moins un disque de rotor (40) couplé audit arbre de rotor de manière à délimiter un chemin de refroidissement (94) entre ledit arbre de rotor et le disque de rotor, le disque de rotor comprenant un corps sensiblement cylindrique s'étendant entre un bord radialement interne (48) et un bord radialement externe (50), ledit corps s'étendant globalement axialement entre une surface amont (52) et une surface aval (54); et un ensemble de refroidissement (100) couplé au disque de rotor, ledit ensemble de refroidissement comprenant une première plaque de refroidissement (102) couplée à ladite surface aval de manière à délimiter un conduit de refroidissement (112) entre ladite première plaque de refroidissement et ladite surface aval, ledit conduit de refroidissement étant configuré pour canaliser du fluide de refroidissement (96) provenant du chemin de refroidissement vers ledit bord externe.
2. Ensemble rotor (32) selon la revendication 1, dans lequel ledit ensemble de refroidissement (100) comprend en outre une pluralité d'aubes déflectrices (122) couplées entre ladite surface aval (54) et ladite première plaque de refroidissement (102), chacune desdites aubes s'étendant vers l'extérieur, dudit bord interne (48) vers ledit bord externe (50), des aubes adjacentes étant espacées l'une de l'autre par une distance circonférentielle de manière à délimiter un canal de refroidissement (158) entre lesdites aubes circonférentiellement adjacentes.
3. Ensemble rotor (32) selon la revendication 2, dans lequel chacune desdites aubes déflectrices (122) comprend une surface externe arquée (92) façonnée pour canaliser le fluide de refroidissement (96) dans chaque canal de refroidissement (158).
4. Ensemble rotor (32) selon la revendication 2, dans lequel lesdites aubes déflectrices (122) de chaque paire d'aubes circonférentiellement adjacentes sont espacées de manière à donner audit canal de refroidissement (158) une ouverture d'entrée (116) qui est plus petite qu'une ouverture de sortie (118).
5. Ensemble rotor (32) selon la revendication 2, dans lequel ladite première plaque de refroidissement (102) comprend un rebord interne (120) qui s'étend vers l'intérieur depuis ladite première plaque de refroidissement pour délimiter une ouverture d'entrée (116) qui s'étend dans un chemin de fluide de refroidissement (94) délimité entre ledit bord interne (48) du disque de rotor et ledit arbre (22).
6. Ensemble rotor (32) selon la revendication 2, dans lequel ledit ensemble de refroidissement (100) comprend en outre une seconde plaque de refroidissement couplée à ladite surface amont (52) de manière à délimiter un conduit d'air de retour (124) entre ladite seconde plaque de refroidissement et ladite surface amont.
7. Ensemble rotor (32) selon la revendication 6, dans lequel le disque de rotor (40) comprend au moins un premier disque de rotor couplé à un second disque de rotor, et ladite première plaque de refroidissement (102) est couplée à une seconde plaque de refroidissement adjacente de manière à coupler ledit conduit de refroidissement (112) en communication fluidique avec ledit conduit d'air de retour.
8. Ensemble rotor (32) selon la revendication 1, dans lequel ledit ensemble de refroidissement (100) comprend en outre au moins un générateur de tourbillons (164) couplé à ladite première plaque de refroidissement (102).
9. Moteur à turbine (10) comprenant: un compresseur (14); une turbine couplée en communication fluidique avec ledit compresseur pour recevoir au moins une partie de l'air refoulé par ledit compresseur; un arbre de rotor (22) couplé rotatif à ladite turbine;au moins un disque de rotor (40) couplé audit arbre de rotor de manière à délimiter un chemin de refroidissement (94) entre ledit arbre de rotor et le disque de rotor, le disque de rotor comprenant un corps sensiblement cylindrique s'étendant entre un bord radialement interne et un bord radialement externe (50), ledit corps s'étendant globalement axialement entre une surface amont (52) et une surface aval (54); et un ensemble de refroidissement (100) couplé au disque de rotor, ledit ensemble de refroidissement comprenant une première plaque de refroidissement (102) couplée à ladite surface amont de manière à délimiter un conduit de refroidissement (112) entre ladite première plaque de refroidissement et ladite surface aval, ledit conduit de refroidissement étant configuré pour canaliser du fluide de refroidissement (96) provenant du chemin de refroidissement vers ledit bord externe.
10. Moteur à turbine (10) selon la revendication 9, dans lequel ledit ensemble de refroidissement (100) comprend en outre une pluralité d'aubes déflectrices (122) couplées entre ladite surface aval (54) et ladite première plaque de refroidissement (102), chacune desdites aubes s'étendant vers l'extérieur, dudit bord interne (48) vers ledit bord externe (50), des aubes adjacentes étant espacées l'une de l'autre par une distance circonférentielle de manière à délimiter un canal de refroidissement (158) entre les deux aubes de chaque paire d'aubes circonférentiellement adjacentes.