FR3028494A1

FR3028494A1 - Pale de turbomachine, comprenant des pontets s'etendant depuis la paroi d'intrados jusqu'a la paroi d'extrados

Info

Publication number: FR3028494A1
Application number: FR1461066A
Authority: FR
Inventors: Stephane Mahias; Olivier Chantoiseau; Laurent Gilles Dezouche; Sophie Martine Jobez; Patrick Edmond Kapala
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2014-11-17
Filing date: 2014-11-17
Publication date: 2016-05-20
Anticipated expiration: 2034-11-17
Also published as: FR3028494B1

Abstract

L'invention concerne une aube pour turbomachine comprenant une pale (50) s'étendant radialement selon une direction d'envergure (43). La pale (50) comporte une paroi intrados (56) et une paroi extrados espacées l'une de l'autre. La pale (50) comprend en outre au moins une cavité interne (55) entre la paroi d'intrados (56) et la paroi d'extrados, dans laquelle de l'air est destiné à circuler. Selon l'invention, la pale (50) comprend une pluralité de pontets (72, 74) s'étendant à travers la cavité (55) depuis la paroi d'intrados (56) jusqu'à la paroi d'extrados, les pontets (72, 74) étant espacés les uns des autres le long de la direction d'envergure (43).

Description

1 PALE DE TURBOMACHINE, COMPRENANT DES PONTETS S'ETENDANT DEPUIS LA PAROI D'INTRADOS JUSQU'A LA PAROI D'EXTRADOS DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention se rapporte aux aubes de turbomachine. Plus précisément, l'invention concerne le traitement des vibrations d'une aube de turbomachine et les échanges thermiques à l'intérieur de l'aube. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Une aube de turbomachine comprend une pale s'étendant radialement selon une direction d'envergure. La pale comporte un bord d'attaque et un bord de fuite.

La pale comprend en outre une paroi d'intrados et une paroi d'extrados espacées l'une de l'autre et reliant le bord d'attaque au bord de fuite. De manière connue, la pale comporte également une cavité interne. Les aubes en entrée de compresseur, en aval de l'hélice dans le cas par exemple d'un turbopropulseur, sont au contact d'air particulièrement froid. La cavité est traversée par de l'air en provenance du compresseur, de façon à réchauffer la pale pour éviter le givrage de la pale. Or, une aube de redresseur d'entrée de compresseur, également appelée aube de roue directrice d'entrée de compresseur, est d'épaisseur particulièrement faible au regard notamment de l'épaisseur d'une pale d'aube de turbine.

Les aubes de redresseur d'entrée de compresseur sont d'ailleurs généralement plus étendues radialement que les aubes de turbine. Cette faible épaisseur pénalise les échanges thermiques à l'intérieur de la pale, en particulier à proximité du bord de fuite. Par ailleurs, il est possible que des vibrations puissent apparaître dans la pale lors du fonctionnement de la turbomachine, ce qui conduirait à des déformations mécaniques des parois d'intrados et/ou d'extrados.

3028494 2 Il existe donc un besoin pour assurer une bonne tenue mécanique d'une aube de turbomachine, tout en favorisant les échanges thermiques à l'intérieur de l'aube. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention vise à résoudre au moins partiellement les problèmes 5 rencontrés dans les solutions de l'art antérieur. A cet égard, l'invention a pour objet une aube de turbomachine, comprenant une pale s'étendant radialement selon une direction d'envergure. La pale comprend une paroi d'intrados et une paroi d'extrados espacées l'une de l'autre. La pale comporte par ailleurs au moins une cavité interne entre la paroi d'intrados et la paroi 10 d'extrados, dans laquelle de l'air est destiné à circuler. Selon l'invention, la pale comprend une pluralité de pontets s'étendant à travers la cavité depuis la paroi d'intrados jusqu'à la paroi d'extrados, les pontets étant espacés les uns des autres le long de la direction d'envergure. Les pontets exercent à la fois une fonction de raidisseur de la pale et 15 une fonction de perturbateur de l'écoulement à l'intérieur de la cavité, de sorte à favoriser les échanges thermiques à l'intérieur de la pale. Les pontets permettent de traiter les vibrations de la pale, générées lors du fonctionnement de la turbomachine, tout en favorisant les échanges thermiques à l'intérieur de la pale. Le traitement correspond à la suppression des modes de peau, les 20 pontets permettant de modifier la base modale des parois de la pale afin d'éviter des vibrations indésirables. En particulier, l'amortissement des vibrations mécaniques et/ou acoustiques par les pontets limite les déformations mécaniques de la paroi d'intrados et/ou de la paroi d'extrados.

25 L'air circulant dans la cavité est notamment de l'air en provenance d'un compresseur pour turbomachine. L'invention peut comporter de manière facultative une ou plusieurs des caractéristiques suivantes combinées entre elles ou non.

3028494 3 Avantageusement, les pontets sont répartis sur une majorité de la longueur de la pale selon la direction d'envergure. Les pontets sont de préférence répartis sur toute la longueur de la cavité selon la direction d'envergure. Selon une forme de réalisation avantageuse, un rapport d'un 5 espacement entre deux des pontets consécutifs selon la direction d'envergure sur la longueur de la pale selon la direction d'envergure est compris entre 0,2 et 0,55. Les pontets sont préférablement décalés les uns des autres le long de la direction d'envergure, au moins deux pontets consécutifs selon la direction d'envergure étant décalés l'un de l'autre selon la direction de la corde de l'aube.

10 Selon une autre forme de réalisation avantageuse, au moins un des pontets est conformé en bloc. Selon une particularité de réalisation, au moins un des pontets a une section triangulaire ou une section carrée, dans un plan de coupe de la pale, comprenant la direction d'envergure et s'étendant sensiblement dans la direction de la corde de la 15 pale. Selon une autre particularité de réalisation, la cavité interne constitue l'unique cavité à l'intérieur de la pale. Avantageusement, la pale comprend un bord d'attaque et un bord de fuite reliés entre eux par la paroi d'intrados et la paroi d'extrados, la cavité interne 20 s'étendant jusqu'au bord de fuite. Les pontets sont de préférence à distance du bord d'attaque et du bord de fuite. L'aube comprend de préférence une portion d'accrochage, externe ou interne, configurée pour raccorder mécaniquement l'aube à au moins un carter de turbomachine, la portion d'accrochage comprenant une entrée d'air débouchant dans la 25 cavité. L'aube comprend de préférence des fentes de sortie d'air débouchant vers l'aval de l'aube. Avantageusement, les pontets comprennent une face qui est frontale au regard de l'entrée d'air et qui est sensiblement plate, la face étant destinée à être perpendiculaire à un écoulement d'air dans l'entrée d'air et s'écoulant en direction de la cavité.

3028494 4 L'aube est de préférence une aube de redresseur de turbomachine, en particulier une aube de redresseur d'entrée de compresseur. Les pontets sont notamment configurés pour perturber l'écoulement à l'intérieur de la pale, de façon à ce que l'air circulant dans la cavité réchauffe davantage la 5 paroi d'intrados et la paroi d'extrados, mais aussi et surtout le bord d'attaque de la pale. Les pontets assurent ainsi le dégivrage de la pale. L'invention se rapporte aussi à un compresseur de turbomachine comprenant une aube telle que définie ci-dessus. L'invention porte en outre sur une turbomachine comprenant un compresseur tel que défini ci-dessus. La turbomachine est 10 préférablement un turbopropulseur. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation, donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : 15 la figure 1 représente une vue schématique en coupe longitudinale d'un turbopropulseur, selon un mode de réalisation préféré de l'invention ; - la figure 2 est une représentation schématique partielle d'une aube de redresseur d'entrée de compresseur de la turbomachine représentée à la figure 1; 20 la figure 3 est une vue schématique partielle agrandie de la pale de l'aube représentée à la figure 2 ; la figure 4 est une représentation schématique partielle de l'aube de la figure 2, lors du fonctionnement de la turbomachine de la figure 1.

25 EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre.

3028494 5 La figure 1 représente un turbopropulseur 1 partiellement annulaire autour d'un axe 3 de turbine de puissance. La turbomachine 1 comporte, de l'amont vers l'aval en considérant un cheminement dans la direction de l'axe 3, une hélice 10, un réducteur 12, des bras 5 radiaux de carter 4, un compresseur 6, une chambre de combustion 7, une turbine haute pression 8 et une turbine de puissance 9. Le compresseur 6, la chambre de combustion 7, la turbine haute pression 8 et la turbine de puissance 9 sont entourés par un carter 5. Ils définissent en commun en relation avec le carter 5 une veine primaire 13 traversée par un flux primaire s'écoulant dans la direction de l'amont vers l'aval, représentée par la 10 flèche 11. Cette direction 11 correspond également à la force de poussée de la turbomachine en fonctionnement. La poussée des gaz en sortie de chambre de combustion 7 entraîne le compresseur 6 et les turbines 8 et 9 en rotation autour de l'axe 3 de la turbine de puissance. La rotation de la turbine de puissance 9 autour de son axe 3 est transmise à 15 l'hélice 10 par l'intermédiaire du réducteur 12, de sorte à faire tourner l'hélice 10. Les aubes 40 sont des aubes de redresseur d'entrée de compresseur, situées en entrée dudit compresseur 6. Elles sont fixes et servent à rediriger le flux d'air en entrée du compresseur 6 dans l'axe 3 de la turbine de puissance. En référence aux figures 2 et 3, l'aube 40 comprend une pale 50 20 s'étendant radialement selon une direction d'envergure 43. La pale 50 comprend un bord d'attaque 51 et un bord de fuite 53. Le bord d'attaque 51 est relié au bord de fuite 53 par une paroi intrados 56 et une paroi extrados 58 espacées l'une de l'autre. La pale 50 de redresseur d'entrée de compresseur a une longueur h selon la direction d'envergure entre 90 et 100 millimètres. La corde de l'aube, mesurée 25 du bord d'attaque 51 au bord de fuite 53, est d'environ 45 millimètres. Ainsi, la corde correspond sensiblement à la moitié de la longueur de l'aube dans sa direction d'envergure. L'épaisseur de la paroi d'intrados 56 ou de la paroi d'extrados 58 à proximité du bord d'attaque 51 est notamment comprise entre 1 et 1, 3 millimètres.

30 L'épaisseur maximale de la pale 50 entre le bord de fuite 51 et le bord d'attaque 53 est 3028494 6 d'environ 6 millimètres, soit environ quinze fois moins importante que la longueur de l'aube dans sa direction d'envergure et environ sept à huit fois moins importante que la corde de l'aube. L'épaisseur de la pale 50 au niveau du bord de fuite 53 est d'environ 1 millimètre, par exemple 0,8 millimètres. L'aube 40 présente de ce fait une épaisseur 5 particulièrement fine, ce qui implique des contraintes importantes en termes de résistance mécanique de la pale 40 et de circulation d'air à l'intérieur de la pale 50, pour la réchauffer. L'aube 40 comprend, en plus de la pale 50, une portion d'accrochage externe 42 et une portion d'accrochage interne 44 opposée à la portion d'accrochage 10 externe 42. Les portions d'accrochage interne 44 et externe 42 sont situées de part et d'autre de la pale 50 le long de la direction d'envergure 43. L'aube 40 est raccrochée à un carter externe (non représenté) par l'intermédiaire de la portion d'accrochage externe 42. La portion d'accrochage interne 44 est reliée mécaniquement à un carter interne (non représenté). De manière connue, 15 l'aube 40 peut notamment pivoter autour de la portion d'accrochage externe 42 par rapport au carter externe, et autour de la portion d'accrochage interne 44 par rapport au carter interne. La portion d'accrochage externe 42 délimite une entrée d'air 42A qui débouche dans une cavité interne 55 de la pale. La cavité interne 55 est située entre la 20 paroi d'intrados 56 et la paroi d'extrados 58. De l'air est destiné à circuler dans cette cavité 55 via l'entrée d'air 42A. L'air est notamment de l'air chaud acheminé depuis le compresseur 6 en aval de l'aube 40. La cavité interne 55 constitue la seule cavité à l'intérieur de la pale 50. Cette cavité 55 s'étend jusqu'au bord de fuite 53. Elle est traversée par une pluralité de 25 pontets 70, 72, 74. La cavité 55 se prolonge à l'aval de la pale 50 par une pluralité de fentes de sortie d'air 57 qui débouchent à leurs deux extrémités et qui traversent le bord de fuite 53. Les pontets 70, 72, 74 sont espacés les uns des autres le long de la 30 direction d'envergure 43, par exemple en au moins deux séries de pontets 72, 74. Ils sont 3028494 7 répartis sur une majorité de la longueur h de la pale selon la direction d'envergure 43, notamment sur toute la longueur de la cavité selon la direction d'envergure 43. Les pontets 70, 72, 74 sont décalés les uns des autres le long de la direction d'envergure 43. Plus précisément, les pontets 70, 72, 74 sont de préférence disposés en quinconce le long 5 de la direction d'envergure 43. Ces décalages sont donc considérés dans la direction de la corde de l'aube, la corde étant entre le bord d'attaque et le bord de fuite de l'aube, sensiblement dans la direction axiale de l'écoulement de l'air. La disposition des pontets 70, 72, 74 décalés les uns des autres le long de la direction d'envergure 43 est avantageuse pour créer des turbulences aérodynamiques, notamment des tourbillons, 10 dans la cavité 55 entre l'entrée d'air 42A et les sorties d'air 57. Ainsi, cette disposition avec décalage en quinconce permet de répartir le flux d'air à l'intérieur de toute la cavité, sans aménagement complexe de guidage d'air, permettant que toute la pale soit réchauffée. Dans la cavité, le flux d'air ne passe alors pas directement de l'entrée d'air 42A vers les sorties d'air 57 sans réchauffer le bord d'attaque de la pale.

15 De plus, pour favoriser ces tourbillons, les pontets comprennent une face frontale au regard de l'entrée d'air 42A. Cette face est sensiblement plate en étant perpendiculaire à un écoulement d'air dans l'entrée d'air 42A et s'écoulant en direction de la cavité 55. En considérant les pontets à la figure 2 ou à la figure 4, cette face est celle du haut des pontets.

20 La densité de pontets de la pale 50 reste de préférence sensiblement identique le long de la direction d'envergure 43. A cet égard, un rapport d'un espacement hl, h2, h3 entre deux des pontets consécutifs 70, 72, 74 selon la direction d'envergure sur la longueur h de la pale selon la direction d'envergure 43 est par exemple compris entre 0,2 et 0,55. Deux pontets consécutifs selon la direction d'envergure 43 sont par exemple 25 espacés l'un de l'autre entre 2 et 5 cm. Les pontets 70, 72, 74 s'étendent à travers la cavité 55, transversalement depuis la paroi d'intrados 56 jusqu'à la paroi d'extrados 58. Les pontets 70, 72, 74 représentés à la figure 3 sont sensiblement identiques aux dimensions près. Ils ont une section carrée, ou rectangulaire, à la fois dans 30 un premier plan de coupe transversal de la pale orthogonal à la direction d'envergure 43 3028494 8 et dans un deuxième plan de coupe de la pale. Ce deuxième plan comprend la direction d'envergure 43 et s'étend dans la direction de la corde de la pale 50. Ainsi, dans le mode de réalisation représenté à la figure 3, les pontets sont en forme de bloc venu de matière avec les parois intrados et extrados.

5 Les pontets 70, 72, 74 sont configurés pour limiter les déformations mécaniques des parois d'intrados 56 et d'extrados 58, en influençant les modes vibratoires mécaniques et acoustiques de la pale 50 pour diminuer les vibrations. Les pontets 70, 72, 74 jouent de ce fait le rôle de raidisseurs de la pale 50. Cette fonction de raidisseur est d'autant mieux assurée que les pontets 70, 72, 74 s'étendent depuis la 10 paroi d'intrados 56 jusqu'à la paroi d'extrados 58. Par ailleurs, les pontets 70, 72, 74 sont configurés pour perturber la circulation d'air dans la cavité 55, de sorte à accroitre les échanges thermiques entre l'air à l'intérieur de la cavité 55 d'une part et les parois d'intrados 56 et d'extrados 58 d'autre part. Comme chaque aube 40 est d'une part peu épaisse et d'autre part relativement 15 longue dans la direction d'envergure par rapport à sa corde, la cavité est relativement étroite et les pontets favorisent les turbulences dans la cavité, au bénéfice des échanges thermiques sur toute l'étendue de la pale, tout en minimisant les pertes de charges dans l'écoulement de l'air à l'intérieur de la cavité. L'écoulement d'air au sein de la pale 50 est décrit ci-dessous en 20 référence à la figure 4. Les parois d'intrados 56 et d'extrados 58 sont au contact d'air particulièrement froid arrivant dans la veine primaire 13. La pale 50 est donc réchauffée par de l'air chaud introduit via l'entrée d'air 42A par la portion d'accrochage externe 42 selon la flèche 60. L'air circule ensuite dans la cavité interne 55 selon les flèches 62, 64 et 25 66 entre les pontets 70, 72, 74 qui perturbent l'écoulement de l'air. En particulier, au moins un des pontets 72 se situe à proximité de la portion d'accrochage externe 42. Le premier pontet 72 casse le flux d'air selon la flèche 60 en entrée de la pale 50 en deux flux 62 et 64 sensiblement parallèles qui s'écoulent selon la direction d'envergure 43. Une partie du flux d'air 64 contourne les pontets 72, 74 pour rejoindre le flux 62 au niveau 3028494 9 d'un flux 66. Enfin, l'air est évacué au niveau du bord de fuite 53 selon la direction de la flèche 66 par les fentes de sortie d'air 57. En référence aux figures 2 à 4, les pontets 70, 72, 74 sont fabriqués par exemple par fabrication additive, par exemple avec le reste de l'aube. En particulier, les 5 pontets 70, 72, 74 peuvent être réalisés par fusion de poudre métallique au laser. En variante, Il est possible de fabriquer les pontets 70, 72, 74 par fonderie. De plus, dans le cas d'aubes en deux demi-coquilles, les pontets peuvent être en bloc creux et peuvent être assemblés au plan de joint entre les coquilles, par exemple par soudage laser.

10 De manière générale, la forme et la localisation des pontets 70, 72, 74 à l'intérieur de la cavité 55 peuvent être adaptées, en fonction de la configuration de l'aube et de sa destination dans la turbomachine 1. Les pontets 70, 72, 74 peuvent également ne pas tous présenter la même forme au sein de l'aube 40. En particulier, la section des pontets 70, 72, 74, au 15 moins dans le premier plan de coupe, est croissante depuis la portion d'accrochage interne 44 vers la portion d'accrochage externe 42 selon la direction d'envergure 43. Ainsi, les turbulences sont entretenues et les pertes de charge d'écoulement sont minimisées. Selon une variante de réalisation (non représentée), au moins certains 20 des pontets 70, 72, 74 ont d'une part une section carrée, dans le premier plan de coupe transversal et d'autre part une section triangulaire dans le deuxième plan de coupe, qui est orthogonal au premier plan de coupe. Les pontets 70, 72, 74 présentent de préférence une surface plane comme face frontale au regard de l'entrée d'air dans la pale.

25 L'espacement hl, h2, h3 entre les pontets suivant la direction d'envergure reste de préférence sensiblement constant en fonction de la longueur h de la pale selon la direction d'envergure 43. Néanmoins, le nombre de pontets 70, 72, 74 est variable en fonction de la longueur h de la pale selon la direction d'envergure 43. La densité des pontets peut aussi varier en fonction de la longueur h de la pale selon la 30 direction d'envergure.

3028494 10 Selon une variante de réalisation (non représentée), l'aube est une aube de roue de turbine ou bien une aube de distributeur de turbine. Ces deux types d'aubes sont plus épais qu'une aube de redresseur d'entrée de compresseur. Lorsque l'aube est une aube de roue de turbine, la pale est portée par 5 un pied et la cavité est alimentée en air depuis le pied. Le pied remplace la portion d'accrochage interne 44 représentée à la figure 2. La portion d'accrochage externe 42 représentée à cette figure est remplacée par le sommet de l'aube. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier à l'invention qui vient d'être décrite sans sortir du cadre de l'exposé 10 de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS1. Aube (40) de turbomachine, comprenant : une pale (50) s'étendant radialement selon une direction d'envergure (43), la pale (50) comprenant une paroi d'intrados (56) et une paroi d'extrados (58) espacées l'une de l'autre, au moins une cavité interne (55) entre la paroi d'intrados (56) et la paroi d'extrados (58), dans laquelle de l'air est destiné à circuler, notamment de l'air en provenance d'un compresseur (4, 6) pour turbomachine, caractérisée en ce que la pale (50) comprend une pluralité de pontets (70, 72, 74) s'étendant à travers la cavité (55) depuis la paroi d'intrados (56) jusqu'à la paroi d'extrados (58), les pontets (70, 72, 74) étant espacés les uns des autres le long de la direction d'envergure (43).
2. Aube (40) de turbomachine selon la revendication précédente, dans laquelle les pontets (70, 72, 74) sont répartis sur une majorité de la longueur (h) de la pale selon la direction d'envergure (43), de préférence sur toute la longueur de la cavité selon la direction d'envergure (43).
3. Aube (40) de turbomachine selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle un rapport d'un espacement (hl, h2, h3) entre deux des pontets consécutifs (70, 72, 74) selon la direction d'envergure sur la longueur (h) de la pale selon la direction d'envergure (43) est compris entre 0,2 et 0,55.
4. Aube (40) de turbomachine selon la revendication précédente, dans laquelle les pontets (70, 72, 74) sont décalés les uns des autres le long de la direction d'envergure (43), au moins deux pontets (70, 72, 74) consécutifs selon la direction d'envergure (43) étant décalés l'un de l'autre selon la direction de la corde de l'aube. 3028494 12
5. Aube (40) de turbomachine selon la revendication précédente, dans laquelle au moins un des pontets (70, 72, 74) a une section triangulaire ou une section carrée dans un plan de coupe de la pale, comprenant la direction d'envergure (43) et s'étendant sensiblement dans la direction de la corde de la pale (50). 5
6. Aube (40) de turbomachine selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la cavité interne (55) constitue une unique cavité à l'intérieur de la pale (50). 10
7. Aube (40) de turbomachine selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la pale (50) comprend un bord d'attaque (51) et un bord de fuite (53) reliés entre eux par la paroi d'intrados (56) et la paroi d'extrados (58), la cavité interne (55) s'étendant jusqu'au bord de fuite (53), les pontets (70, 72, 74) étant à distance du bord d'attaque (51) et du bord de fuite (53). 15
8. Aube (40) de turbomachine selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'aube (40) comprend une portion d'accrochage, externe (42) ou interne (44), configurée pour raccorder l'aube (40) à au moins un carter de turbomachine, 20 la portion d'accrochage (42, 44) comprenant une entrée d'air (42A) débouchant dans la cavité (55), l'aube (40) comprenant en outre des fentes de sortie d'air (57) débouchant vers l'aval de l'aube (40). 25
9. Aube (40) de turbomachine selon la revendication précédente, dans laquelle les pontets comprennent une face qui est frontale au regard de l'entrée d'air (42A) et qui est sensiblement plate, la face étant destinée à être perpendiculaire à un écoulement d'air dans l'entrée d'air (42A) s'écoulant en direction de la cavité (55). 3028494 13
10. Aube (40) de turbomachine selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'aube (40) est une aube de redresseur de turbomachine. 5
11. Compresseur (6) de turbomachine comprenant une aube selon l'une quelconque des revendications précédentes, l'aube (40) étant une aube de redresseur d'entrée du compresseur.
12. Turbomachine (1) comprenant un compresseur (6) selon la 10 revendication précédente.