FR2977909A1 - Aube de rotor pour une turbomachine - Google Patents

Abstract

Aube de rotor pour une turbomachine, comportant à son extrémité radialement externe un talon (130) portant au moins une léchette externe (132, 133), caractérisée en ce que la ou chaque léchette comporte une partie interne (142) s'étendant depuis le talon sensiblement vers l'extérieur, parallèlement à l'axe longitudinal (A) de l'aube, et une partie externe (144) qui est inclinée par rapport à l'axe longitudinal de l'aube et qui s'étend depuis l'extrémité radialement externe de la partie interne radialement vers l'extérieur en direction du bord d'attaque (145) de l'aube.

Description

1 Aube de rotor pour une turbomachine

La présente invention concerne une aube de rotor pour une turbomachine et en particulier une aube de turbine basse-pression d'un turboréacteur ou d'un turbopropulseur d'avion. Une turbine de ce type comprend en général plusieurs roues aubagées comportant chacune un disque portant à sa périphérie des aubes régulièrement réparties autour de l'axe du disque. Chaque aube comprend à son extrémité radialement externe un talon portant des léchettes destinées à coopérer en fonctionnement avec des blocs de matière abradable fixés sur un carter de la turbine, pour former des joints d'étanchéité du type à labyrinthe. Le document EP-A-1 262 633 décrit une aube de turbine de ce type. La veine aérodynamique de la turbine est délimitée extérieurement par les talons des aubes de rotor. Toutefois, les extrémités amont et aval des talons des aubes d'une roue sont séparées axialement par des jeux faibles de distributeurs situés en amont et en aval de cette roue et en fonctionnement, des gaz issus de la veine peuvent passer radialement à l'extérieur des talons à travers ces jeux. Les écarts de pression entre l'amont et l'aval d'une roue créent des recirculations de gaz en dehors de la veine, et les gaz qui sortent de la veine en passant entre les extrémités amont des talons des aubes d'une roue et le distributeur amont, circulent d'amont en aval à l'extérieur des talons des aubes de cette roue puis sont réinjectés dans la veine en passant entre les extrémités aval des talons des aubes de la roue et le distributeur aval. Ces gaz se détendent sans passer par les pales des aubes de la roue, c'est-à-dire sans passer dans la partie travaillante de l'étage de turbine, ce qui réduit les performances de la turbine. Les joints d'étanchéité à labyrinthe formés par les léchettes et les blocs de matière abradable ont pour but d'empêcher ou de limiter ce phénomène, en s'opposant au passage de gaz axialement d'amont en aval à l'extérieur des aubes de rotor. Les gaz qui sortent de la veine en passant entre les extrémités amont des talons des aubes d'une roue et le distributeur amont circulent au voisinage des léchettes formées sur les talons des aubes et sont entraînés en rotation et centrifugés par ces léchettes. Dans la technique actuelle, les léchettes du talon d'une aube de rotor sont soit droites, c'est-à-dire sensiblement parallèles à l'axe longitudinal de l'aube ou à un axe radial perpendiculaire à l'axe longitudinal de la turbine, soit inclinées par rapport à l'axe longitudinal de la pale, vers l'amont. L'avantage des léchettes inclinées par rapport aux léchettes droites est leur meilleure efficacité en termes d'étanchéité car elles renvoient les gaz centrifugés vers l'amont, dans une direction opposée aux recirculations de gaz précitées.

Cependant, ces léchettes inclinées ont un encombrement axial relativement important par rapport à celui des léchettes droites. L'invention a notamment pour but de proposer une solution simple, efficace et économique à ce problème. Elle propose à cet effet une aube de rotor pour une turbomachine, comportant à son extrémité radialement externe un talon portant au moins une léchette externe, caractérisée en ce que la ou chaque léchette comporte une partie radialement interne s'étendant depuis le talon vers l'extérieur, sensiblement parallèlement à l'axe longitudinal de l'aube, et une partie radialement externe qui est inclinée par rapport à l'axe longitudinal de l'aube et qui s'étend radialement vers l'extérieur en direction du bord d'attaque de l'aube. Chaque léchette selon l'invention comporte donc deux parties d'orientation différente, une partie interne dite droite et une partie externe dite inclinée, ce qui permet de combiner les avantages des léchettes droites et inclinées de la technique antérieure (en termes d'encombrement axial et d'étanchéité) tout en évitant leurs inconvénients. En effet, la partie droite de chaque léchette permet de centrifuger les gaz issus de la turbine, ces gaz s'écoulant radialement de l'intérieur vers l'extérieur le long des léchettes. La partie inclinée de chaque léchette permet de diriger ces gaz vers l'amont et donc de les empêcher de circuler axialement vers l'aval à l'extérieur des talons des aubes. Les léchettes selon l'invention ont un faible encombrement axial du fait que seules leurs parties externes sont inclinées. L'intérêt de l'invention est donc de conserver le gain de performance des léchettes inclinées tout en limitant leur encombrement axial.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le talon de l'aube porte deux léchettes, respectivement amont et aval, les parties interne et externe de la léchette amont étant sensiblement parallèles aux parties interne et externe de la léchette aval, respectivement. Dans un mode de réalisation de l'invention, la partie externe de la ou de chaque léchette comprend une face amont, située du côté du bord d'attaque de la pale, qui est sensiblement plane et forme un angle compris entre 25 et 35° avec une face amont de la partie interne de cette léchette. En variante, la partie externe de la ou de chaque léchette comprend une face amont, située du côté du bord d'attaque de la pale, qui est incurvée concave et dont l'extrémité interne est reliée à l'extrémité externe d'une face amont de la partie interne de cette léchette. La hauteur ou dimension radiale de la partie interne de la ou de chaque léchette représente 40 à 60% de la hauteur ou dimension radiale totale de cette léchette.

L'invention permet également d'optimiser la position du centre de gravité du talon de l'aube de rotor, en faisant varier la hauteur ou dimension radiale de la partie interne de la léchette amont. Plus cette hauteur est importante, plus la masse de la léchette amont est grande, et plus le centre de gravité du talon est déplacé vers l'amont. Inversement, plus la hauteur de la léchette amont est faible, plus la masse de cette léchette est faible, et plus le centre de gravité du talon est déplacé vers l'aval.

Préférentiellement, la partie interne de la ou de chaque léchette a une face aval, située du côté du bord de fuite de la pale, qui est sensiblement parallèle à l'axe longitudinal de la pale et qui est située sensiblement au droit du bord d'attaque ou de fuite de la pale.

La présente invention propose également une turbine basse-pression d'une turbomachine, comportant des étages comportant chacun une roue aubagée et un distributeur à aubes fixes, caractérisée en ce qu'au moins une des roues aubagées comprend un disque portant des aubes de rotor telles que décrites ci-dessus.

L'invention propose enfin une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend une turbine du type précité. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une demi vue schématique partielle en coupe axiale d'une turbine basse-pression dans une turbomachine, cette turbine comportant des aubes de rotor selon la technique antérieure ; - la figure 2 est une vue schématique à plus grande échelle de l'extrémité radialement externe d'une aube de rotor selon l'invention ; et - la figure 3 est une vue schématique de l'extrémité radialement externe d'une aube de rotor selon une variante de réalisation de l'invention. On se réfère d'abord à la figure 1 qui représente une turbine basse-pression 10 d'une turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion selon la technique antérieure à l'invention, cette turbine comprenant plusieurs étages comportant chacun une roue aubagée 12 et un distributeur 14 qui est monté en aval de la roue et porté par un carter externe 16 de la turbine.

Chaque distributeur 14 comprend deux plates-formes annulaires coaxiales, respectivement interne 34 et externe 36, entre lesquelles s'étend une rangée annulaire d'aubes 38 fixes, la plate-forme externe 36 comportant des moyens 40 d'accrochage sur le carter 16 de la turbine.

Chaque roue 12 comprend un disque (non visible) à la périphérie externe duquel sont formées des rainures parallèles dans lesquelles sont engagés des pieds 18 d'aubes de rotor 20, les rainures du disque ayant une forme complémentaire de celle des pieds d'aube, par exemple du type en queue d'aronde.

Chaque roue 12 est entourée extérieurement avec un faible jeu par une enveloppe cylindrique formée de blocs 22 de matière abradable fixés sur des secteurs d'anneau 24 accrochés circonférentiellement sur le carter 16 de la turbine. Chaque aube de rotor 20 comprend une pale 26 qui est reliée à son extrémité radialement interne par une plate-forme 28 au pied 18 de l'aube, et à son extrémité radialement externe à un talon 30 portant des léchettes 32 s'étendant radialement vers l'extérieur et destinées à coopérer avec les blocs 22 de matière abradable pour former un joint d'étanchéité du type à labyrinthe.

Les plates-formes 34, 36, 28 et les talons des distributeurs 14 et des roues 12 de la turbine délimitent entre eux la veine d'écoulement des gaz provenant de la chambre de combustion de la turbomachine. Les extrémités amont des talons 30 des aubes 20 d'une roue 12 sont écartées axialement d'un faible jeu J des extrémités aval de la plate- forme externe 36 du distributeur 14 situé en amont de cette roue. En fonctionnement, une partie des gaz s'écoulant dans la veine peut s'échapper de la veine en passant radialement vers l'extérieur à travers le jeu J. Les léchettes 32 coopèrent avec les blocs 22 de matière abradable pour limiter ou empêcher la circulation de ces gaz d'amont en aval radialement à l'extérieur des talons 30 des aubes de la roue.

Dans la technique actuelle, les léchettes 32 sont soit droites, c'est-à-dire sensiblement parallèles à l'axe longitudinal A de la pale 26 ou à un axe radial A' perpendiculaire à l'axe longitudinal X de la turbine, soit inclinées par rapport à cet axe A ou A', en général vers l'amont, comme cela est représenté en figure 1. Bien que les léchettes inclinées soient plus performantes en termes d'étanchéité que les léchettes droites, elles ont une dimension axiale plus importante et donc un encombrement axial plus important, ce qui peut gêner leur intégration en particulier dans les moteurs de petite taille.

L'invention permet de résoudre ce problème grâce à des léchettes qui comportent une partie radialement interne droite et une partie radialement externe inclinée, ces léchettes bénéficiant des avantages procurés par les léchettes droites en termes d'encombrement axial et de ceux des léchettes inclinées en termes de performance d'étanchéité.

La figure 2 représente un premier mode de réalisation de l'invention, le talon 130 de l'aube 120 portant deux léchettes, respectivement amont 132 et aval 133, qui comportent chacune une partie radialement interne 142 droite ou radiale qui s'étend vers l'extérieur depuis la surface externe du talon 130, sensiblement parallèlement à l'axe A ou A', et une partie radialement externe 144 inclinée qui s'étend depuis l'extrémité radialement externe de la partie interne 142 vers l'extérieur et vers l'amont, c'est-à-dire en direction du bord d'attaque 145 de la pale 126 de l'aube. La partie interne 142 de chaque léchette 132, 133 comprend des faces radiales amont 146 et aval 148, la face aval 148 de la léchette amont 132 étant située sensiblement au droit du bord d'attaque 145 de la pale 126 et la face aval 148 de la léchette aval 133 étant sensiblement située au droit du bord de fuite 149 de cette pale. La partie externe 144 de chaque léchette 132, 133 comprend une face amont 150 qui forme un angle a avec la face amont 146 de la partie interne 142 de cette léchette et avec l'axe A ou A', cet angle a étant compris entre 25 et 35° environ.

En fonctionnement, les gaz qui sortent de la veine en passant à travers le jeu J précité sont entraînés en rotation et centrifugés par les parties internes 142 des léchettes amont, puis, au niveau des parties externes 144 des léchettes, ils sont renvoyés vers l'amont par la forme inclinée de ces parties, ce qui les empêche de passer radialement à l'extérieur de ces léchettes. Les léchettes 132, 133 ont un encombrement axial E plus faible que celui E' des léchettes inclinées de la technique antérieure, telles que celles représentées en figure 1.

La variante de réalisation de l'invention représentée en figure 2 diffère de celle précédemment décrite en ce que la partie externe 244 inclinée de chaque léchette 232, 233 portée par le talon 232 de l'aube 220 comprend une face amont 250 qui est incurvée concave et dont l'extrémité radialement interne est reliée à l'extrémité radialement externe de la face amont 246 de la partie interne 242 de cette léchette. La face amont 246 de la partie interne 242 de la léchette est sensiblement parallèle à une tangente passant par l'extrémité radialement interne de la face amont 250 de la partie externe 244 de cette léchette. Dans les modes de réalisation des figures 2 et 3, la hauteur ou dimension radiale de la partie interne 142, 242 de la ou de chaque léchette 132, 133, 232, 233 représente environ 40 à 60% de la hauteur ou dimension radiale totale de cette léchette. La hauteur ou dimension radiale de la partie interne 142, 242 de la léchette amont 132, 232 peut être optimisée pour déterminer et positionner avec précision le centre de gravité du talon. Dans le cas où cette hauteur est augmentée, la masse de la léchette amont 132, 232 est augmentée et le centre de gravité du talon est déplacé vers l'amont. Dans le cas contraire où cette hauteur est diminuée, la masse de la léchette amont 132, 232 est diminuée et le centre de gravité du talon est déplacé vers l'aval.30

Claims (8)

1. REVENDICATIONS1. Aube de rotor pour une turbomachine, comportant à son extrémité radialement externe un talon (130) portant au moins une léchette externe (132, 133), caractérisée en ce que la ou chaque léchette comporte une partie radialement interne (142) s'étendant depuis le talon vers l'extérieur, sensiblement parallèlement à l'axe longitudinal (A) de l'aube, et une partie radialement externe (144) qui est inclinée par rapport à l'axe longitudinal de l'aube et qui s'étend depuis l'extrémité radialement externe de la partie interne radialement vers l'extérieur en direction du bord d'attaque (145) de la pale.
2. 2. Aube selon la revendication 1, caractérisée en ce que le talon (130) porte deux léchettes (132, 133), respectivement amont et aval, et en ce que les parties interne (142) et externe (144) de la léchette amont sont sensiblement parallèles aux parties interne et externe de la léchette aval, respectivement.
3. 3. Aube selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la partie externe (144) de la ou de chaque léchette (132, 133) comprend une face amont (150), située du côté du bord d'attaque de l'aube, qui est sensiblement plane et forme un angle (a) compris entre 25 et 35° avec une face amont (146) de la partie interne (142) de cette léchette.
4. 4. Aube selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la partie externe (244) de la ou de chaque léchette (232, 233) comprend une face amont (250), située du côté du bord d'attaque de l'aube, qui est incurvée concave et dont l'extrémité interne est reliée à l'extrémité externe d'une face amont (250) de la partie interne (242) de cette léchette.
5. 5. Aube selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la hauteur ou dimension radiale de la partie interne (142) de la ou de chaque léchette (132, 133) représente 40 à 60% de la hauteur ou dimension radiale totale de cette léchette.
6. 6. Aube selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ceque la partie interne (142) de la ou de chaque léchette (132, 133) a une face aval (148), située du côté du bord de fuite de la pale (126), qui est sensiblement parallèle à l'axe longitudinal (A) de l'aube et qui est située sensiblement au droit du bord d'attaque ou de fuite de l'aube.
7. 7. Turbine basse-pression d'une turbomachine, comportant des étages comportant chacun une roue aubagée, caractérisée en ce qu'au moins une des roues aubagées comprend un disque portant des aubes de rotor selon l'une des revendications précédentes.
8. 8. Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend une turbine selon la revendication 7.