FR3096724A1 - TURBINE MODULE FOR AN AIRCRAFT TURBOMACHINE - Google Patents

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Abstract

Module de turbine (50) pour une turbomachine (10) d’aéronef, ce module comportant : - des bras (52) de liaison de parois annulaires (50a, 50b), ces bras comportant en amont des bords d’attaque (52a) qui sont situés dans un plan P1 perpendiculaire audit axe, un distributeur (54) situé en aval desdits bras et comportant des aubes de stator (54a) qui comportent en amont des bords d’attaque (54b) situés dans un plan P2 perpendiculaire audit axe et situé en aval du plan P1, et en aval des bords de fuite (54c) situés dans un plan P3 perpendiculaire audit axe et situé en aval dudit plan P2, caractérisé en ce que ce le module est formé d’une seule pièce, les aubes s’étendant sensiblement radialement entre les parois, et les bras se prolongeant vers l’aval et étant chacun intimement liés avec une des aubes. Figure pour l'abrégé : Figure 4Turbine module (50) for an aircraft turbomachine (10), this module comprising: - arms (52) for connecting annular walls (50a, 50b), these arms comprising upstream leading edges (52a) which are located in a plane P1 perpendicular to said axis, a distributor (54) located downstream of said arms and comprising stator vanes (54a) which have upstream leading edges (54b) located in a plane P2 perpendicular to said axis and located downstream of the plane P1, and downstream of the trailing edges (54c) located in a plane P3 perpendicular to said axis and located downstream of said plane P2, characterized in that the module is formed in one piece, the vanes extending substantially radially between the walls, and the arms extending downstream and each being intimately linked with one of the vanes. Figure for abstract: Figure 4

Description

MODULE DE TURBINE POUR UNE TURBOMACHINE D’AERONEFTURBINE MODULE FOR AN AIRCRAFT TURBOMACHINE

Domaine technique de l'inventionTechnical field of the invention

La présente invention concerne un module de turbine pour une turbomachine d’aéronef.The present invention relates to a turbine module for an aircraft turbine engine.

Arrière-plan techniqueTechnical background

Une turbomachine d’aéronef, par exemple d’un avion ou d’un hélicoptère, comprend une entrée d’air alimentant un générateur de gaz qui comprend de l’amont vers l’aval, par référence à l’écoulement des gaz, au moins un compresseur, une chambre annulaire de combustion, et au moins une turbine.An aircraft turbomachine, for example of an airplane or a helicopter, comprises an air inlet supplying a gas generator which comprises from upstream to downstream, with reference to the flow of gases, to the at least one compressor, one annular combustion chamber, and at least one turbine.

Une turbine de turbomachine comprend un ou plusieurs étages de détente comportant un distributeur aubagé formant un stator, et une roue aubagée formant un rotor. Le distributeur est fixé à un carter et la roue comprend un disque portant à sa périphérie des aubes. La roue tourne à l’intérieur du carter et un anneau d’étanchéité est prévu autour de cette roue afin de limiter le passage de gaz entre les sommets des aubes et le carter et donc de s’assurer qu’un maximum des gaz de combustion sortant de la chambre traverse la roue pour optimiser le rendement de la turbomachine.A turbomachine turbine comprises one or more expansion stages comprising a bladed distributor forming a stator, and a bladed wheel forming a rotor. The distributor is fixed to a casing and the impeller comprises a disc carrying blades on its periphery. The impeller rotates inside the casing and a sealing ring is provided around this impeller in order to limit the passage of gas between the tips of the blades and the casing and therefore to ensure that a maximum of the combustion gases leaving the chamber passes through the impeller to optimize the performance of the turbomachine.

Il est courant de prévoir un élément annulaire situé entre deux étages de turbine (haute et basse pression), cet élément annulaire ayant une fonction structurelle et comportant notamment deux parois annulaires, respectivement interne et externe, s’étendant l’une à l’intérieur de l’autre et reliées ensemble par des bras radiaux. Les parois définissent entre elles une veine annulaire de passage des gaz de combustion jusqu’au distributeur, cette veine étant traversée par les bras radiaux.It is common to provide an annular element located between two turbine stages (high and low pressure), this annular element having a structural function and comprising in particular two annular walls, respectively internal and external, extending one inside on the other and connected together by radial arms. The walls define between them an annular stream for the passage of the combustion gases to the distributor, this stream being crossed by the radial arms.

Ce type d’élément annulaire peut par exemple servir à supporter des paliers à roulement de guidage en rotation d’un arbre d’entraînement des roues de turbine, et/ou à faire passer des servitudes.This type of annular element can for example be used to support roller bearings for guiding in rotation a drive shaft of the turbine wheels, and/or to pass easements.

Dans la technique actuelle, l’élément annulaire est réalisé indépendamment du distributeur. Le distributeur comprend une rangée annulaire d’aubes qui s’étendent radialement entre des plateformes annulaires, respectivement interne et externe. La plateforme interne s’étend dans le prolongement axial de la paroi interne de l’élément, et la plateforme externe s’étend dans le prolongement axial de la paroi externe. Des organes d’étanchéité sont en outre prévus entre les extrémités aval des parois et les extrémités amont des plateformes pour limiter les fuites de gaz en dehors de la veine en fonctionnement.In the current technique, the annular element is produced independently of the distributor. The distributor comprises an annular row of blades which extend radially between annular platforms, respectively internal and external. The internal platform extends in the axial extension of the internal wall of the element, and the external platform extends in the axial extension of the external wall. Sealing devices are also provided between the downstream ends of the walls and the upstream ends of the platforms to limit gas leaks outside the section in operation.

Par ailleurs, cette technique antérieure présente plusieurs inconvénients aérodynamiques, parmi lesquels on peut citer :Furthermore, this prior art has several aerodynamic drawbacks, among which we can cite:

  • les pertes induites par la présence des bras et de leurs sillages impactant le distributeur ;the losses induced by the presence of the arms and their wakes impacting the distributor;
  • les pertes liées aux décrochés de veine aux interfaces entre les parois et les plateformes.losses related to seam stalls at the interfaces between the walls and the platforms.

La présente invention propose un perfectionnement à cette technique antérieure.The present invention proposes an improvement to this prior art.

La présente invention concerne un module de turbine pour une turbomachine d’aéronef, ce module comportant :The present invention relates to a turbine module for an aircraft turbine engine, this module comprising:

- deux parois annulaires, respectivement externe et interne, s’étendant l’une autour de l’autre et autour d’un axe commun,- two annular walls, respectively external and internal, extending one around the other and around a common axis,

- une rangée annulaire de bras de liaison desdites parois, ces bras s’étendant sensiblement radialement entre ces parois, le nombre de bras étant égal à N1 et ces bras comportant en amont des bords d’attaque qui sont situés dans un plan P1 perpendiculaire audit axe,- an annular row of connecting arms of said walls, these arms extending substantially radially between these walls, the number of arms being equal to N1 and these arms comprising upstream leading edges which are located in a plane P1 perpendicular to said axis,

- un distributeur situé en aval desdits bras et comportant une rangée annulaire d’aubes de stator s’étendant sensiblement radialement par rapport audit axe, le nombre de ces aubes étant égal à N2 qui est supérieur à N1 et au moins certaines de ces aubes comportant en amont des bords d’attaque situés dans un plan P2 perpendiculaire audit axe et situé en aval du plan P1, et en aval des bords de fuite situés dans un plan P3 perpendiculaire audit axe et situé en aval dudit plan P2,- a distributor located downstream of said arms and comprising an annular row of stator vanes extending substantially radially with respect to said axis, the number of these vanes being equal to N2 which is greater than N1 and at least some of these vanes comprising upstream of the leading edges located in a plane P2 perpendicular to said axis and located downstream of the plane P1, and downstream of the trailing edges located in a plane P3 perpendicular to said axis and located downstream of said plane P2,

caractérisé en ce que ce le module est formé d’une seule pièce, les aubes s’étendant sensiblement radialement entre lesdites parois et étant reliées à ces parois, et en ce que les bras se prolongent vers l’aval et sont chacun intimement liés avec une desdites aubes.characterized in that the module is formed in one piece, the vanes extending substantially radially between the said walls and being connected to these walls, and in that the arms extend downstream and are each intimately connected with one of said blades.

La réalisation du module d’une seule pièce permet de simplifier sa conception et sa fabrication, cette réalisation étant de préférence faite par fabrication additive. Il n’est alors plus nécessaire de prévoir des organes de fixation et/ou d’étanchéité entre les parois et le distributeur, ce qui est particulièrement avantageux.The production of the module in one piece makes it possible to simplify its design and its manufacture, this production being preferably made by additive manufacturing. It is then no longer necessary to provide fixing and/or sealing members between the walls and the distributor, which is particularly advantageous.

Par ailleurs, l’intégration des bras et du distributeur permet de réduire les pertes sus-mentionnées. En effet, cette conception supprime naturellement les pertes par sillage associées aux bras, à la fois les pertes par mélange des couches limites dans les sillages aval des bras, et également les pertes liées au transport des sillages dans le distributeur aval.In addition, the integration of the arms and the distributor makes it possible to reduce the losses mentioned above. Indeed, this design naturally eliminates the wake losses associated with the arms, both the losses by mixing of the boundary layers in the downstream wakes of the arms, and also the losses linked to the transport of the wakes in the downstream distributor.

Le module selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :The module according to the invention may comprise one or more of the following characteristics, taken separately from each other or in combination with each other:

- chacun des bras comprend en section transversale un profil aérodynamique et a une épaisseur, de préférence normale au squelette du profil, qui varie de manière continue et régulière depuis le bord d’attaque du bras jusqu’au bord de fuite de l’aube à laquelle ce bras est associé ; le squelette d’un profil aérodynamique d’un bras ou d’une aube peut être identifié par un homme du métier,- each of the arms comprises in cross section an aerodynamic profile and has a thickness, preferably normal to the skeleton of the profile, which varies continuously and regularly from the leading edge of the arm to the trailing edge of the blade at which this arm is associated with; the skeleton of an airfoil of an arm or a blade can be identified by a person skilled in the art,

- chacun des bras a une épaisseur maximale Emax juste en aval du plan P1, une épaisseur intermédiaire Emoy dans le plan P2 et une épaisseur minimale Pmin dans le plan P3,- each of the arms has a maximum thickness Emax just downstream of the plane P1, an intermediate thickness Emoy in the plane P2 and a minimum thickness Pmin in the plane P3,

- chacun des bras a une orientation générale inclinée d’un angle α par rapport audit axe, et chacune des aubes a une orientation inclinée d’un angle β par rapport audit axe, β étant possiblement différent de α,- each of the arms has a general orientation inclined at an angle α with respect to said axis, and each of the blades has an orientation inclined at an angle β with respect to said axis, β possibly being different from α,

- β est par égal ou supérieur à α,- β is equal to or greater than α,

- les angles α et β sont adaptés à l’angle d’incidence de l’écoulement ; dans la présente demande, l’écoulement ou l’écoulement principal correspond au flux de gaz qui s’écoule d’amont en aval ; l’épaisseur peut être sensiblement parallèle à cet écoulement,- the angles α and β are adapted to the angle of incidence of the flow; in the present application, the flow or the main flow corresponds to the flow of gas which flows from upstream to downstream; the thickness can be substantially parallel to this flow,

- lesdites parois annulaires s’étendent en continu depuis des extrémités amont situées en amont du plan P1, jusqu’à des extrémités aval situées en aval du plan P3.- said annular walls extend continuously from upstream ends located upstream of plane P1, to downstream ends located downstream of plane P3.

La présente invention concerne encore une turbomachine d’aéronef, comprenant au moins un module tel que décrit ci-dessus.The present invention also relates to an aircraft turbine engine, comprising at least one module as described above.

La présente invention concerne également un procédé de fabrication d’un module tel que décrit ci-dessus, caractérisé en ce qu’il est obtenu par fabrication additive.The present invention also relates to a method of manufacturing a module as described above, characterized in that it is obtained by additive manufacturing.

Brève description des figuresBrief description of figures

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :Other characteristics and advantages of the invention will appear during the reading of the detailed description which will follow for the understanding of which reference will be made to the appended drawings in which:

la figure 1 est une demi vue schématique en coupe axiale d’une partie d’une turbomachine d’aéronef, FIG. 1 is a diagrammatic half view in axial section of part of an aircraft turbine engine,

la figure 2 est une vue très schématique en coupe transversale et de dessus d’un bras et d’aubes de distributeur, selon une technique antérieure à l’invention FIG. 2 is a very schematic cross-sectional view from above of a distributor arm and vanes, according to a technique prior to the invention

la figure 3 est une vue très schématique en coupe axiale et de côté du bras et des aubes de la figure 2, Figure 3 is a very schematic view in axial and side section of the arm and the blades of Figure 2,

la figure 4 est une vue très schématique en coupe transversale et de dessus d’un bras et d’aubes de distributeur, selon un mode de réalisation du module de l’invention, FIG. 4 is a very schematic cross-sectional view from above of a distributor arm and vanes, according to one embodiment of the module of the invention,

la figure 5 est une vue très schématique en coupe axiale et de côté du bras et des aubes de la figure 4. Figure 5 is a very schematic view in axial and side section of the arm and the blades of Figure 4.

Description détaillée de l'inventionDetailed description of the invention

La figure 1 représente une partie d’une turbomachine 10 d’aéronef telle qu’un turboréacteur d’hélicoptère.FIG. 1 represents part of an aircraft turbomachine 10 such as a helicopter turbojet.

La turbomachine 10 comprend d’amont en aval, par référence au sens d’écoulement des gaz (cf. flèches), une entrée d’air 12, au moins un compresseur 14, ici centrifuge, une chambre annulaire de combustion 16, et au moins une turbine 18.The turbomachine 10 comprises, from upstream to downstream, with reference to the direction of gas flow (see arrows), an air inlet 12, at least one compressor 14, here centrifugal, an annular combustion chamber 16, and at least one least one turbine 18.

L’air qui pénètre dans le moteur par l’entrée d’air 12 est comprimé dans le compresseur 14 qui est ici un compresseur centrifuge. L’air comprimé sort radialement vers l’extérieur et alimente la chambre de combustion 16 par l’intermédiaire d’un ensemble annulaire formant un redresseur 20 et un diffuseur 22.The air which enters the engine through the air inlet 12 is compressed in the compressor 14 which is here a centrifugal compressor. The compressed air exits radially outwards and feeds the combustion chamber 16 via an annular assembly forming a rectifier 20 and a diffuser 22.

La chambre de combustion 16 comprend deux parois annulaires, respectivement externe 16b et interne 16a qui s’étendent l’une autour de l’autre et qui sont elles-mêmes agencées à l’intérieur d’un carter externe 24 de la chambre de combustion 16.The combustion chamber 16 comprises two annular walls, respectively external 16b and internal 16a which extend one around the other and which are themselves arranged inside an external casing 24 of the combustion chamber. 16.

Ce carter 24 comprend à son extrémité amont une bride annulaire 24a de fixation à des brides annulaires de l’ensemble redresseur-diffuseur 20-22 ainsi que d’un carter 25 du compresseur 14 et de l’entrée d’air 12.This casing 24 comprises at its upstream end an annular flange 24a for fixing to annular flanges of the rectifier-diffuser assembly 20-22 as well as a casing 25 of the compressor 14 and of the air inlet 12.

L’air comprimé est mélangé à du carburant puis brûlé dans la chambre de combustion 16, ce qui génère des gaz de combustion qui sont ensuite injectés dans les turbines 18.The compressed air is mixed with fuel and then burned in the combustion chamber 16, which generates combustion gases which are then injected into the turbines 18.

Un étage de turbine haute pression 18a est situé juste en aval de la sortie de la chambre de combustion 16 et comprend un distributeur de stator 28 et une roue de rotor 26. Un étage de turbine basse pression 18b est situé en aval de l’étage 18a et comprend également un distributeur 28 et une roue de rotor 26.A high pressure turbine stage 18a is located just downstream of the combustion chamber outlet 16 and includes a stator distributor 28 and a rotor wheel 26. A low pressure turbine stage 18b is located downstream of the 18a and also includes a distributor 28 and a rotor wheel 26.

Un distributeur de turbine comprend une rangée annulaire d’aubes fixes de redressement du flux de gaz, et une roue de turbine comprend une rangée annulaire d’aubes portées par un disque de rotor.A turbine nozzle includes an annular row of stationary gas flow straightening vanes, and a turbine wheel includes an annular row of vanes carried by a rotor disc.

Le carter 24 comprend en outre à son extrémité aval une bride annulaire 24b de fixation à des brides de support d’anneaux d’étanchéité 36, 38.The casing 24 further comprises at its downstream end an annular flange 24b for attachment to sealing ring support flanges 36, 38.

Un carter 32 s’étend à l’intérieur de la paroi 16a et porte à son extrémité amont l’anneau d’étanchéité 36 qui s’étend autour de la roue 26 de l’étage 18a. Le carter 24 a à son extrémité aval une bride 32a de fixation à la bride 24b. Une couronne 34 porte l’anneau d’étanchéité 38 qui s’étend autour de la roue 26 de l’étage 18b. Cette couronne 34 comprend une bride 34a de fixation aux brides 32a, 24b.A casing 32 extends inside the wall 16a and carries at its upstream end the sealing ring 36 which extends around the wheel 26 of the stage 18a. The housing 24 has at its downstream end a flange 32a for fixing to the flange 24b. A crown 34 carries the sealing ring 38 which extends around the wheel 26 of the stage 18b. This crown 34 includes a flange 34a for fixing to the flanges 32a, 24b.

Les roues 26 sont reliées entre elles par un arbre 40 qui est en outre relié au rouet du compresseur centrifuge 14. L’arbre 40 est guidé en rotation autour d’un axe A par des paliers à roulement 41 qui sont portés par un support annulaire 42 interposé entre les deux étages 18a, 18b.The wheels 26 are interconnected by a shaft 40 which is also connected to the impeller of the centrifugal compressor 14. The shaft 40 is guided in rotation around an axis A by roller bearings 41 which are carried by an annular support 42 interposed between the two floors 18a, 18b.

Le support de paliers 42 comprend deux parois annulaires, respectivement interne 42a et externe 42b, reliées entre elles par une rangée annulaire de bras 44 s’étendant sensiblement radialement par rapport à l’axe A de rotation de l’arbre 40. Les bras 44 sont tubulaires et peuvent servir au passage de servitudes 46 telles que des conduites de fluides ou des câbles électriques.The bearing support 42 comprises two annular walls, respectively internal 42a and external 42b, interconnected by an annular row of arms 44 extending substantially radially with respect to the axis A of rotation of the shaft 40. The arms 44 are tubular and can be used to pass services 46 such as fluid pipes or electrical cables.

Le support de paliers 42 est monté à l’intérieur du carter 32 et porte un boîtier de paliers qui comprend une couronne 48 de support des bagues externes 41a des paliers 41. Les paliers 41 sont ici au nombre de deux, un palier amont à rouleaux et un palier à billes, dont les bagues internes 41b sont directement montées sur l’arbre 40The bearing support 42 is mounted inside the casing 32 and carries a bearing housing which comprises a crown 48 for supporting the outer rings 41a of the bearings 41. The bearings 41 are here two in number, an upstream roller bearing and a ball bearing, the inner rings 41b of which are directly mounted on the shaft 40

Les figures 2 et 3 montrent de manière très schématique l’état actuel de la technique en matière de fabrication et d’assemblage du support de paliers 42, du bras 44 et du distributeur 28. Comme évoqué dans ce qui précède, on constate que ces pièces sont fabriquées indépendamment l’une de l’autre.Figures 2 and 3 very schematically show the current state of the art in terms of manufacturing and assembling the bearing support 42, the arm 44 and the distributor 28. As mentioned in the foregoing, it can be seen that these parts are manufactured independently of each other.

Le distributeur 28 comprend une rangée annulaire d’aubes 28a qui s’étendent radialement entre des plateformes annulaires, respectivement interne 28b et externe 28c. La plateforme interne 28b s’étend dans le prolongement axial de la paroi interne 42a et la plateforme externe 49 s’étend dans le prolongement axial de la paroi externe 42b. Des organes d’étanchéité ou une conception de forme aidant à l’étanchéité peuvent en outre être prévus entre les extrémités aval des parois 42a, 42b et les extrémités amont des plateformes 28b, 28c pour limiter les fuites de gaz en dehors de la veine en fonctionnement.The distributor 28 comprises an annular row of blades 28a which extend radially between annular platforms, respectively internal 28b and external 28c. The internal platform 28b extends in the axial extension of the internal wall 42a and the external platform 49 extends in the axial extension of the external wall 42b. Sealing members or a shape design aiding sealing can also be provided between the downstream ends of the walls 42a, 42b and the upstream ends of the platforms 28b, 28c to limit gas leaks outside the vein in functioning.

Les bras 44 comportent en amont des bords d’attaque situés dans un plan P1 perpendiculaire à l’axe A. Les aubes 28a comportent en amont des bords d’attaque situés dans un plan P2 perpendiculaire à l’axe A et situé en aval du plan P1. Ces aubes comportent en aval des bords de fuite situés dans un plan P3 perpendiculaire à l’axe A et situé en aval du plan P2.The arms 44 comprise upstream leading edges situated in a plane P1 perpendicular to the axis A. The blades 28a comprise upstream leading edges situated in a plane P2 perpendicular to the axis A and situated downstream of the plane P1. These blades comprise downstream trailing edges located in a plane P3 perpendicular to the axis A and located downstream of the plane P2.

On constate à la figure 2 que le plan P2 est en aval et écarté des bords de fuite des bras 44. Des pertes sont induites par la présence des bras 44 et de leurs sillages impactant le distributeur 28. Des pertes sont en outre liées aux décrochés de veine aux interfaces entre les parois 42a, 42b et les plateformes 28b, 28c, ainsi qu’au mélange des fuites intergrilles au moyeu et carter.It can be seen in FIG. 2 that the plane P2 is downstream and separated from the trailing edges of the arms 44. Losses are induced by the presence of the arms 44 and their wakes impacting the distributor 28. Losses are also linked to the hooks vein at the interfaces between the walls 42a, 42b and the platforms 28b, 28c, as well as the mixing of intergrid leaks at the hub and casing.

Un mode de réalisation d’un module de turbine 50 selon l’invention est représenté aux figures 4 et 5.One embodiment of a turbine module 50 according to the invention is shown in Figures 4 and 5.

Ce module 50 comprend deux parois annulaires, respectivement externe 50b et interne 50a, s’étendant l’une autour de l’autre et autour d’un axe commun A.This module 50 comprises two annular walls, respectively external 50b and internal 50a, extending one around the other and around a common axis A.

Une rangée annulaire de bras 52 s’étend sensiblement radialement entre les parois 50a, 50b.An annular row of arms 52 extends substantially radially between the walls 50a, 50b.

Le nombre de bras 52 est égal à N1 et ces bras comportent en amont des bords d’attaque 52a qui sont situés dans un plan P1 perpendiculaire à l’axe A.The number of arms 52 is equal to N1 and these arms comprise upstream leading edges 52a which are located in a plane P1 perpendicular to the axis A.

Un distributeur 54 est situé entre P2 et P3 et comporte une rangée annulaire d’aubes de stator 54a s’étendant sensiblement radialement par rapport à l’axe A. Le nombre de ces aubes 54a est égal à N2 qui est supérieur à N1. Certaines de ces aubes (leur nombre est égale à N2 – N1) comportent en amont des bords d’attaque 54b situés dans un plan P2 perpendiculaire à l’axe A et situés en aval du plan P1. Ces aubes comportent en aval des bords de fuite 54b situés dans un plan P3 perpendiculaire à l’axe A et situé en aval du plan P2.A distributor 54 is located between P2 and P3 and comprises an annular row of stator vanes 54a extending substantially radially with respect to the axis A. The number of these vanes 54a is equal to N2 which is greater than N1. Some of these blades (their number is equal to N2 - N1) comprise upstream leading edges 54b located in a plane P2 perpendicular to the axis A and located downstream of the plane P1. These blades comprise trailing edges 54b downstream located in a plane P3 perpendicular to the axis A and located downstream of the plane P2.

Contrairement à la technique antérieure, le module 50 est formé d’une seule pièce. Les aubes 54a s’étendent ici sensiblement radialement entre les parois 50a, 50b et sont reliées à ces parois.Unlike the prior art, the module 50 is formed in one piece. The vanes 54a here extend substantially radially between the walls 50a, 50b and are connected to these walls.

Les bras 52 se prolongent vers l’aval et sont chacun intimement liés avec une des aubes 54a. Cela concerne les autres aubes au nombre de N2, à savoir celles qui sont directement situées en aval des bras par rapport à la direction d’écoulement des gaz dans la veine (figure 4).The arms 52 extend downstream and are each intimately linked with one of the blades 54a. This concerns the other blades, N2 in number, namely those located directly downstream of the arms in relation to the direction of gas flow in the stream (figure 4).

La figure 4 permet de constater que chacun des bras 52 comprend en section transversale un profil aérodynamique et a une épaisseur normale au squelette du profil, qui varie de manière continue et régulière depuis le bord d’attaque 52a du bras jusqu’au bord de fuite 54c de l’aube 54a à laquelle ce bras est associé.Figure 4 shows that each of the arms 52 comprises in cross section an aerodynamic profile and has a thickness normal to the skeleton of the profile, which varies continuously and regularly from the leading edge 52a of the arm to the trailing edge 54c of the blade 54a with which this arm is associated.

Chaque bras 52 a une épaisseur maximale Emax juste en aval du plan P1, une épaisseur intermédiaire Emoy dans le plan P2 et une épaisseur minimale Emin dans le plan P3. Ces épaisseurs peuvent être mesurées selon des normales à l’écoulement des gaz dans la veine, comme évoqué dans ce qui précède.Each arm 52 has a maximum thickness Emax just downstream of the plane P1, an intermediate thickness Emoy in the plane P2 and a minimum thickness Emin in the plane P3. These thicknesses can be measured according to the normals to the gas flow in the vein, as mentioned above.

De plus, chaque bras 52 a une orientation générale inclinée d’un angle α par rapport à l’axe A. Les aubes 54a ont chacune une orientation inclinée d’un angle β par rapport à l’axe A. Les angles α et β sont adaptés à l’angle d’incidence de l’écoulement amont. β est égal ou supérieur à α.In addition, each arm 52 has a general orientation inclined by an angle α relative to the axis A. The blades 54a each have an orientation inclined by an angle β relative to the axis A. The angles α and β are adapted to the angle of incidence of the upstream flow. β is equal to or greater than α.

Les parois annulaires 50a, 50b s’étendent en continu depuis des extrémités amont situées en amont du plan P1, jusqu’à des extrémités aval situées en aval du plan P3 (figure 5). On comprend donc que ces parois 50a, 50b résultent de la fusion des plateformes 28b, 28c et des parois 42a, 42b précitées de la technique antérieure.The annular walls 50a, 50b extend continuously from the upstream ends located upstream of the plane P1, to the downstream ends located downstream of the plane P3 (FIG. 5). It is therefore understood that these walls 50a, 50b result from the fusion of the platforms 28b, 28c and the aforementioned walls 42a, 42b of the prior art.

L’intégration des bras 52 au distributeur 54 et inversement permet de supprimer les pertes par sillage de la technique antérieure, c’est-à-dire les pertes par mélange des couches limites dans le sillage aval des bras, et également les pertes liées au transport du sillage dans le distributeur.The integration of the arms 52 to the distributor 54 and vice versa makes it possible to eliminate the losses by wake of the prior art, that is to say the losses by mixing of the boundary layers in the wake downstream of the arms, and also the losses linked to the transport of the wake in the distributor.

En tirant partie des possibilités offertes par la fabrication additive, le bras structurel et le distributeur peuvent être réalisés d’une seule pièce. On peut ainsi concevoir aérodynamiquement ces deux profils d’un seul tenant, réduisant alors les pertes aérodynamiques globales par sillage. De plus, la réalisation d’une veine unique et continue, supprime les effets de décroché ou marche à l’assemblage des pièces, ce qui réduit les pertes de charge associées à la fois à cet accident de forme pour l’écoulement de veine, et au mélange de la fuite avec l’air de veine. Toutes les questions problématiques d’assemblage sont ainsi levées par la fabrication additive qui produit une pièce monobloc.By taking advantage of the possibilities offered by additive manufacturing, the structural arm and the distributor can be made from a single piece. It is thus possible to aerodynamically design these two profiles in one piece, thus reducing the overall aerodynamic losses per wake. In addition, the creation of a single and continuous vein eliminates the effects of stalling or walking when assembling the parts, which reduces the pressure drops associated both with this accidental shape for the flow of the vein, and the mixing of the leak with the seam air. All problematic assembly issues are thus resolved by additive manufacturing, which produces a one-piece part.

Dans un cas particulier de réalisation de l’invention, les simulations numériques réalisées sur une configuration cible indiquent un gain de rendement isentropique de 0,3 points pour l’ensemble bras et turbine.In a particular embodiment of the invention, the numerical simulations carried out on a target configuration indicate an isentropic efficiency gain of 0.3 points for the arm and turbine assembly.

Le module monobloc permet en outre de réduire de manière significative (de l’ordre de 25 à 30% dans l’exemple représenté) sa masse par rapport à la technique antérieure.The one-piece module also makes it possible to significantly reduce (about 25 to 30% in the example shown) its mass compared to the prior art.

La fabrication additive permet d’atteindre ces objectifs de fabrication et d’optimisation.Additive manufacturing makes it possible to achieve these manufacturing and optimization objectives.

Claims (8)

Module de turbine (50) pour une turbomachine (10) d’aéronef, ce module comportant :
  • deux parois annulaires, respectivement externe (50b) et interne (50a), s’étendant l’une autour de l’autre et autour d’un axe commun (A),
  • une rangée annulaire de bras (52) de liaison desdites parois, ces bras s’étendant sensiblement radialement entre ces parois, le nombre de bras étant égal à N1 et ces bras comportant en amont des bords d’attaque (52a) qui sont situés dans un plan P1 perpendiculaire audit axe,
  • un distributeur (54) situé en aval desdits bras et comportant une rangée annulaire d’aubes de stator (54a) s’étendant sensiblement radialement par rapport audit axe, le nombre de ces aubes étant égal à N2 qui est supérieur à N1 et au moins certaines de ces aubes comportant en amont des bords d’attaque (54b) situés dans un plan P2 perpendiculaire audit axe et situé en aval du plan P1, et en aval des bords de fuite (54c) situés dans un plan P3 perpendiculaire audit axe et situé en aval dudit plan P2caractérisé en ce que ce le module est formé d’une seule pièce, les aubes s’étendant sensiblement radialement entre lesdites parois et étant reliées à ces parois, et en ce que les bras se prolongent vers l’aval et sont chacun intimement liés avec une desdites aubes.
Turbine module (50) for an aircraft turbomachine (10), this module comprising:
  • two annular walls, respectively external (50b) and internal (50a), extending one around the other and around a common axis (A),
  • an annular row of arms (52) connecting said walls, these arms extending substantially radially between these walls, the number of arms being equal to N1 and these arms comprising upstream leading edges (52a) which are located in a plane P1 perpendicular to said axis,
  • a distributor (54) located downstream of said arms and comprising an annular row of stator vanes (54a) extending substantially radially with respect to said axis, the number of these vanes being equal to N2 which is greater than N1 and at least some of these blades comprising upstream leading edges (54b) situated in a plane P2 perpendicular to said axis and situated downstream of plane P1, and downstream of trailing edges (54c) situated in a plane P3 perpendicular to said axis and located downstream of said plane P2, characterized in that this module is formed in one piece, the blades extending substantially radially between said walls and being connected to these walls, and in that the arms extend downstream and are each intimately linked with one of said blades.
Module (50) selon la revendication 1, dans lequel chacun des bras (52) comprend en section transversale un profil aérodynamique et a une épaisseur normale au squelette qui varie de manière continue et régulière depuis le bord d’attaque (52a) du bras jusqu’au bord de fuite (54c) de l’aube (54a) à laquelle ce bras est associé.A module (50) according to claim 1, wherein each of the arms (52) comprises an airfoil in cross-section and has a thickness normal to the skeleton which varies continuously and regularly from the leading edge (52a) of the arm to 'at the trailing edge (54c) of the blade (54a) with which this arm is associated. Module (50) selon la revendication 2, dans lequel chacun des bras (52) a une épaisseur maximale Emax juste en aval du plan P1, une épaisseur intermédiaire Emoy dans le plan P2 et une épaisseur minimale Emin dans le plan P3.Module (50) according to Claim 2, in which each of the arms (52) has a maximum thickness Emax just downstream of the plane P1, an intermediate thickness Emoy in the plane P2 and a minimum thickness Emin in the plane P3. Module (50) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel chacun des bras (52) a une orientation générale inclinée d’un angle α par rapport audit axe (A), et chacune des aubes (54a) a une orientation inclinée d’un angle β par rapport audit axe.Module (50) according to one of the preceding claims, in which each of the arms (52) has a general orientation inclined at an angle α with respect to said axis (A), and each of the vanes (54a) has an inclined orientation d an angle β with respect to said axis. Module (50) selon la revendication 4, dans lequel β est égal ou supérieur à α.A module (50) according to claim 4, wherein β is equal to or greater than α. Module (50) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel lesdites parois annulaires (50a, 50b) s’étendent en continu depuis des extrémités amont situées en amont du plan P1, jusqu’à des extrémités aval situées en aval du plan P3.Module (50) according to one of the preceding claims, in which the said annular walls (50a, 50b) extend continuously from upstream ends located upstream of the plane P1, to downstream ends located downstream of the plane P3 . Turbomachine d’aéronef, comprenant au moins un module (50) selon l’une des revendications précédentes.Aircraft turbomachine, comprising at least one module (50) according to one of the preceding claims. Procédé de fabrication d’un module (50) selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’il est obtenu par fabrication additive.Process for manufacturing a module (50) according to one of Claims 1 to 6, characterized in that it is obtained by additive manufacturing.
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