FR2977908A1 - Aube de turbomachine - Google Patents
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Abstract
Aube de turbomachine comportant une pluralité de sections d'aube empilées selon un axe radial entre un pied et une tête, chaque section d'aube s'étendant selon un axe longitudinal entre un bord d'attaque et un bord de fuite et selon un axe tangentiel entre une face intrados et une face extrados, chaque section présentant un squelette, une déviation étant définie pour chaque section par la différence entre un angle entre la tangente au squelette et l'axe longitudinal au bord d'attaque, et un angle entre la tangente au squelette et l'axe longitudinal au bord de fuite. La déviation maximale au pied de l'aube, présente une valeur maximale pour des sections d'aube situées entre 0,3H et 0,8H, H étant la hauteur de l'aube mesurée de son pied à sa tête, et diminue continûment à partir de cette valeur maximale jusqu'à la tête de l'aube.
Description
lan de l'inventïon a pr-: ente invention concerne une aube de turbomachine .et plus
icu'i renient une aube d'une roue mobile d'une turboma hinFeL s'agit relus G ,;; ti. ulierement d'une roue mobile d'une turbine à gaz à as se ~ eronauLlque. du type utilisé- dans un turboréacteur d'engin C_lassiquement, un turboréacteur a plusieurs étages de distribution, par 10 exemple quatre étages. Chaque étage comprend un distributeur fixe formant stator et une roue mobile formant rotor, qui comprennent chacun une pluralité de pales ou d'aubes organisées radialement par rapport à l'axe longitudinal du turboréacteur, qui est l'axe de rotation de la roue.
Dans toute la suite, on considérera que la direction axiale X est la direction de l'axe de rotation de la roue sur laquelle l'aube est destinée à être implantée, que la direction radiale Z est la direction de la hauteur de l'aube, entre son pied et sa tête, et que la direction tangentielle Y est la direction perpendiculaire aux directions axiale et radiale. L'invention s'applique plus particulièrement aux roues mobiles des premier et deuxième étages d'un turboréacteur à quatre étages.
Les aubes de turbomachine sont soumises à des vitesses dt rotation 25 elE vées. Le flux:: principal, qui sert à la propulsion, est perturbé par des le omenes secondaires, en particulier dus ans turb"I _ ncc qen r mes par 'urbi l;cn s d passage et par les tourbillons de coin. Ces tourbillons u..'.,nt, pr _.', 'nt dLI C te de 1 E iitrados des aubes, respect d' ïrllent dans 20 partie cou-30 entre ntral IL' région de IL]r bord de 1,. It~ . b t l: dont I intens te C çcend du o " jl:_'r d pression De tels tourbill r 5: (, des nuisances su-ici es lus, ils goserent',, alrn qui uir_' etti :acit . pro' Ulsi ul ;I n , inte digue nique.
On c dirjà ch'`'ché a réduire ces phénomènes secondaires, par exemple en équipant 1 plateformes particulieres en pied et'ou en tete. Ces solutions p sentent. une certaine efficacité mais, lorsqu'elles sont mises en place, des phenumenes secondaires continuent d'exis er, mémo e ils sont réduits.
La demander s se a rait porter ses efforts sur la orme particulière l'aube.
t0 Ses recherches l'ont conduite à établir que l'évolution de la courbe de déviation entre le pied et la tête de l'aube peut être optimisée de manière à réduire les phénomènes secondaires précités. Objet et résumé de l'invention 15 Ainsi, la présente invention a pour but principal de limiter les phénomènes secondaires générés du côté extrados d'une aube de turbomachine, en particulier d'une aube de roue mobile de premier ou de deuxième étage d'un turboréacteur, en optimisant la forme de cette aube.
20 L'invention a pour objet une aube de turbomachine comportant une pluralité de sections d'aube empilées selon un axe radial entre un pied et une tête, chaque section d'aube s'étendant selon un axe longitudinal entre un bord d'attaque et un bord de fuite et selon un axe tangentiel entre une face intrados et une face extrados, chaque section présentant un 25 squelette défini par une ligne médiane entre la face intrados et la face extrados, une deslation étant définie pour chaque section p, r la différence tre un angle X31 entre la tangente au squelette et l'axe longitudinal au bord d'attaque t c;r angle h2 entre lu tangente eu sou _lett ' et 1'o dinal oui l'aube.. pr 'Sentent une bouteur H nies r.led a sa tete.
?tteint, oui- L'au. turhomac ne objet J fait chie la ci 'nation est minimale au pied de l'aube me in :le pour sections d oud tl _ 's entre O, 8H, et ru irine xor tinÛrient à partir clé ~tl' al'ur nu e im_Jie jusc.u'Û ori b Le but prao /ainsi, la solution proposée par l'invention consiste à définir un profil d'aube dont la d~eviation est plus faible en pied et en tête que dans une rr gion courante de sa boutF~ur, située entre 30 et 80 ` é de cette hauteur.
La demanderesse a constate que,. tout en conservant une valeur moyenne de déviation comparable à celle des aubes existantes, cette forme spécifique permet de diminuer la charge des aubes dans la région de leur ieci et de leur tête. 10 Il en résulte que les phénomènes tourbillonnaires secondaires précités sont diminués, en particulier s'agissant de ceux qui se produisent dans les régions de paroi, de pied et de tête. Les charges étant nettement diminuées dans ces régions, l'aube est par ailleurs moins soumise à des 15 fatigues mécaniques que dans l'état de la technique.
La solution selon l'invention peut être utilisée seule ou de manière complémentaire à d'autres solutions de réduction des phénomènes secondaires, par exemple les plateformes évoquées précédemment. Avantageusement, la valeur de déviation à la tête de l'aube est d'au moins 5° supérieure à la valeur de déviation au pied de l'aube.
Ceci permet de très nettement diminuer la charge de l'aube au pied de 25 cette dernière, région dans laquelle les phénomènes de paroi sont les plus signi catifs tout en dOterldnt ia déviation moyenne souhaitée, ~a déviation etant légerement plus elevé à la tête qu'au pied.
une unie avantageuse, particullere i lent adaptée pour 30 une aube de mobile du deuxième étage d'un turboréacteur, Ira valeur ma dmele pour des sections d'aube situ ntr_ den dom. li-at10 est a nsi loualla r dune une auto cr H ci~ l'aube. En particuli-er, le e ci 20 peut titre constat: dans une région située à environ 4 0 de la hauteur H dt l'aune.
Selon une autre / ?riante avantageuse, particuHdrement adaptée pour la roue mobile du premier étage d'un turboréacteur, la déviation présente la valeur maemale pour des sections d'aube situees entre 0,bH et 0,9H.
Ainsi, le ventre de déviation est situe dans une région localisee entre 60 'vo et 90 'b de la hauteur H de l'aube. En particulier, le ventre peut être 10 constaté dans une région située à environ 75 de la hauteur H de l'aube.
Avantageusement, la déviation diminue d'au moins 10° entre une section d'aube située à 0,9H et la tête de l'aube.
15 Cette diminution nette, alors que, par ailleurs, le ventre de déviation est compris entre 60 % et 90 % de la hauteur H de l'aube, permet de ramener, à la tête de l'aube, la déviation à une valeur faible, seulement légèrement supérieure à la déviation constatée au pied de l'aube.
20 L'invention a également pour objet une roue mobile de turbomachine, comprenant une pluralité d'aubes telles que définies précédemment.
L'invention a encore pour objet une turbomachine, qui comporte au moins une roue mobile telle que définie précédemment. 25 Br >°Çl ~ilii~1_dt U ))ind L'invention sera bien comprise et ses avantage, apparaîtront mieux, a la cture de la desc nation detaillee qui suit, de modes de réalisation Dr es ratés 3 t t'e E_ eir pies non limitatifs. La description se reteu, ouf; 30 ssins armes sur I souels .
Niue partielle en cou e j t. ti bine du t'y'li 'e l'rnvention f Ica u ' `-'n perspective Cl ne au' Selon I Ir rent" - la ligure 1 Mprena en la fichtre 3 est une représentation schématique d'une coupe dans un plan X-Y de l'aube de la figure 2
la figure } est une courbe montrant l'évolution de la déviation de Vouée 5 de lu fi ur+ ; con le hauteur de cette aube, s'agissant en particulier d'une aube de la roue mobile du deuxième étage d'un turboréacteur ; et
la figure 5 est une courbe analogue à celle de la figure pour une 10 aube de la roue mobile du premier étage d'un turboréacteur. Description detarllee de l'invention La turbine dont une section axiale est représentée sur la figure 1 comprend quatre étages, respectivement repérés El à E4. Chaque étage 15 comprend, dans le sens S allant de l'amont vers l'aval, un distributeur qui forme une partie de stator de la turbine et qui comporte une pluralité de pales orientées radialement, et une roue mobile qui forme une partie du rotor de la turbine et qui comporte une pluralité d'aubes orientées radialement. 20 Sur la figure 1, les pales des distributeurs des étages El à E4 sont respectivement référencées Dl à D4, et les aubes des roues mobiles des étages El à E4 sont respectivement référencées R1 à R4.
25 Les pales des distributeurs sont fixées à leurs deux extrémités parties de bâti tri e, tandis que les aubes des roues mobiles sont fir des disques rotatifs, respectivement dl. a d4 par leurs pieds, formés à leurs extrernitc radiales internes, proches de Luxe de rotation A de le tu rb ne. Dans ils- représente, es tues des aubes des roues l obiles girl i _'s a 'eues trénrites radiales externes, portent des allons, cti~ emc'nt. à L. Les -ales de distributeur DI à D4 pied_ tâtes a .i rs éléments de po uu r ~r~rt c.ouf ent~ den- étui s utend, durs le sens Û ' I a ~.diul Z-Z, Aube R. de la roue mobile du sur id figure ? Cette nuée R2 rn une entre un plan PO situé du côté du pied 12 de l'arabe et un pars P] situe du côté dd ia pub
pi d 12 de l'aube permet son raccordement à un disque support formant li moyeu de la roue mobile, la partie courante de l'aube étant r'e a ce pied' par l'intermédiaire d'une plateforme de raccordement I b. A sa tête, formée à son extrémité radiale externe opposée à la plateforme aube est reliée à un talon 18 qui forme un disque externe porté par Utes des différentes aubes de la roue mobile. On indiqué sur la figure 2 le repère orthonormé direct X, Y, Z. L'axe Z est l'axe radial d'empilement de l'aube. L'axe X est l'axe longitudinal, parallèle à l'axe A de rotation de la turbine précédemment citée en relation avec la figure 1. L'axe Z est l'axe radial, tandis que l'axe Y est l'axe tangentiel, Le plan PO est l'intersection de l'axe E d'empilement de l'aubage avec la veine axisymétrique du moyeu. Par convention, l'axe E d'empilement de l'aubage, pour l'aube d'une roue mobile, est l'axe qui s'étend dans la direction radiale Z en passant par le barycentre du profil de l'aube en section dans les plans X, Y se succédant radialement.
Le plan PO est donc un plan X, Y passant par l'intersection de l'axe d'empilement E avec la surface de montage 16A de la plateforme 16. Le plan P1, situé à la tête de l'aube, est l'intersection de l'axe d'empilement E avec la veine axisymétrique du carter. Ce plan passe par l'intersection de l'axe d'empilement E avec la surface de montage 18A du talon 18.
L'aube représentée sur la figure 2 comporte donc une pluralité de sections d'aube empi selon ay:e radial Z entre son 'pied et `a tte. Plus amené étendent selon I a r e Z c tarir Cil plan PO jusqu' o plan P1. n Y.. Sur pria `r le bord d'attaque BA de a Jn Perd 1-'eit pF. Or a ilcer t l p r_ s f<ce intrados FI t sl f l ." r trades FE qui t d_iti,l ,_ai ol t ~~u ~n5 rordtion squelette dr.' l l `_'..Citron d'aube f epresentc_' sur la Iou ri 3 est defïni par la t une coupe dans un plan P2 maté te iigne S indiquée e i trait interrompu mixte qui est ligne médiane entre la face intrados FI et ia face extrados FE.
Sur la figure 3, on a indiqué par la reférence 1 l'angle entre t'endente TA au squelette S au bord d'attaque BA de l'aube, et par la r .irence 32 l'angle entre le squehtte et la tangente TE au bord de fuite BF.
On décrit maintenant la figure 4 qui montre l'évolution de la déviation [32 - [31 entre les plans PO et Pl. En ordonnées, est indiquée la hauteur H du 10 profil aérodynamique de l'aube, entre une valeur O correspondant au plan PO et une valeur H correspondant au plan Pl. Dans le plan P0, c'est-à-dire au plus près du pied d'aube, la déviation est légèrement supérieure à 95°, de l'ordre de 96,5°.
15 A partir de ce plan PO, la déviation croît régulièrement, d'abord assez fortement, puis moins fortement, jusqu'à un ventre situé à 0,4H. Globalement, la déviation est maximale pour les sections d'aube situées entre 0,3H et 0,5H. Plus précisément, dans l'exemple représenté, les valeurs de déviation à 0,1H, 0,2H, 0,3H et 0,4H sont respectivement de 20 l'ordre de 1020, 105°, 107° et 108°. A partir du ventre, la déviation décroît à nouveau régulièrement jusqu'au plan Pi défini à la hauteur H. Elle décroît de moins en moins fortement à mesure que l'on se rapproche du plan Pl. Ainsi, les valeurs de déviation à 0,5H, 0,6H, 0,7H, 0,8H, 0,9H et H sont respectivement de l'ordre de 106, 105, 104, 103,5, 103,2 et 103. 25 Lai valeur de déviation à tete de l'aube est de 'ordre supérieure à sa valeur au pied de l'aube. Les se rapportent en parties] à une ri 30 chu -ire dry d soufflante d'un turboreecteur. Pu. hauteur H _st comprise entre 100 cm et If- et le han PO est a une distancs conàp e entre 280 cm ordre de 32 cm l'ai A de mopi,p iirree, cm, et est en particulier 35 Sur fiuure la courbe de déviation est représentée mers les vernes n' entions ,lue pour la figure 4.
On que valeur eviation au plus prés du de l'aube, ordonnée 0, est. de i' ordre de 910. A partir du pied de l'aube, la déviation croit régulièrement, selon une pente pratiquement constante/ jusqu'à 0,6H.
Sur toute cette portion, la valeur de déviation croît d'environ 4,5° par tranches de 10 % de la hauteur H de l'aube. On constate que la déviation est maximale pour les sections d'aube situées entre 0,6H et 0,9H. Plus précisément, les valeurs de déviation à 0,6H et à 0,9H sont analogues et sont de l'ordre de 115°, tandis que les valeurs à 0,7H et 0,8H sont légèrement supérieures et pratiquement identiques entre elles, de l'ordre de 107°. Entre 0,9H et H, la déviation varie fortement pour revenir à une valeur de l'ordre de 97° pour la section d'aube la plus proche de la tête, définie par la hauteur H au plan Pl. Ainsi, la déviation diminue d'au moins 10 %, et en l'espèce d'environ 15 %, entre 0,9H et H.
La figure 5 se rapporte en particulier à une roue mobile d'un premier étage de la soufflante d'un turboréacteur. Par exemple, la hauteur H est comprise entre 70 cm et 110 cm, et est en particulier de l'ordre de 90 cm, et le plan PO est à une distance comprise entre 270 cm et 360 cm, par exemple de l'ordre de 315 cm, par rapport à l'axe A de la turbine.
Den entendu, les saleurs des courbes des 'forures . a sont donnés di titre d'ev.emple. Pour les aubes des roues mobiles précitées, les valeurs de déviation peu n 1t varier c quelques clegrés, iarticulie to sises courbe leur aspect generis, eiiii 1 b Dositi .prec mment qecrits.
Claims (7)
- REVENDICATIONS1. Aube d,_ 1L r!bnnlachine comportant une piurailte de REVENDICATIONS1. Aube d,_ 1L r!bnnlachine comportant une piurailte de section l auh empirées selon un , =e radial (Z-Z) entre un pied (1L) et une t t (1 1), chaque sectron d'aune s'étendant selon un axe longitudinal (X-X) entre un bcrd d'attaque (SA) et un bord de fuite (BF) et selon un axe tangentiel (Y-Y) entre une face intrados et une face extrados, chaque section présentant un squelette (S) défini par une ligne médiane entre la face intrados (FI) et la face extrades (FE), une déviation étant définie pour chaque section par la différence entre un angle 01 entre la tangente au squelette et l'axe longitudinal (X-X) au bord d'attaque (BA) et un angle 2 entre la tangente au squelette et l'axe longitudinal (X-X) au bord de fuite (BF), l'aube présentant une hauteur H mesurée de son pied à sa tête, caractérisé en ce que la déviation est minimale au pied de l'aube, présente une valeur maximale pour des sections d'aube situées entre 0,3H et 0,8H, et diminue continûment à partir de cette valeur maximale jusqu'à la tête de l'aube.
- 2. Aube de turbomachine selon la revendication 1, caractérisée en ce que la valeur de déviation à la tête de l'aube est d'au moins 50 supérieure 20 à la valeur de déviation au pied de l'aube.
- 3. Aube de turbomachine selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la déviation présente la valeur maximale pour des sections d'aube situées entre 0,3H et 0,5H,
- 4. Aube de turbomachine selon la revendication 1 ou 2, caractérisée 25 en ce que ta déviation présente la valeur maximale pour des sections d'aube situées entra 0,6 et 0,9H.
- 5. Aube de turbomachine selon la revendication 4, caractérisée en ce que la dé ration diminue d'au moins 10` entre un .-ten d'aube située à 0,9H et !a tête d d'aube 30
- 6. Po [rob I e de turhomachine tari-C'c en ce dei c1!mprend Ur d plurûili _' d aubes selon l'Une quelconque des 'ndicatons I a _>.
- 7. urbi machin' ara .terl` 'n c .. qu oPe comporte air moins une
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