FR3106617A1 - STATORIC BLADE SECTOR WITH IMPROVED PERFORMANCE - Google Patents

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Mireya SANCHEZ GOMEZ
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Abstract

L’invention concerne un secteur aubagé statorique (23) monobloc de turbomachine comprenant une première et une deuxième plateformes (24 ; 26) s’étendant suivant une direction circonférentielle (AY) et destinées chacune à délimiter une portion d’une veine d’écoulement fluide (Vp), et des pales (22) qui relient chacune la première plateforme (24) à la deuxième plateforme (26) en étant espacées les unes des autres suivant la direction circonférentielle, dans lequel au moins deux pales (22) ont des épaisseurs différentes. Figure pour l’abrégé : Figure 3The invention relates to a one-piece turbomachine stator bladed sector (23) comprising a first and a second platform (24; 26) extending in a circumferential direction (AY) and each intended to delimit a portion of a flow stream. fluid (Vp), and blades (22) which each connect the first platform (24) to the second platform (26) by being spaced from each other in the circumferential direction, in which at least two blades (22) have different thicknesses. Figure for the abstract: Figure 3

Description

SECTEUR AUBAGÉ STATORIQUE A PERFORMANCES AMELIORÉESSTATOR BLADED SECTOR WITH IMPROVED PERFORMANCES

La présente invention se rapporte au domaine des aubages statoriques de turbomachine, notamment aux distributeurs au sein des turbines basse pression.The present invention relates to the field of turbomachine stator blades, in particular to distributors within low pressure turbines.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEUREPRIOR ART

En référence à la figure 1, il est représenté une turbomachine 1 d’aéronef de type à double flux et à double corps. La turbomachine 1 présente un axe central AX, définissant une direction longitudinale, et autour duquel s’étendent ses différents composants. Elle comprend, d’amont AM en aval AV selon une direction principale d’écoulement des gaz 2, une soufflante 3, un compresseur basse pression 4, un compresseur haute pression 6, une chambre de combustion 7, une turbine haute pression 8 et une turbine basse pression 9.Referring to Figure 1, there is shown a turbine engine 1 turbofan type aircraft and double body. The turbomachine 1 has a central axis AX, defining a longitudinal direction, and around which its various components extend. It comprises, from upstream AM to downstream AV in a main direction of gas flow 2, a fan 3, a low pressure compressor 4, a high pressure compressor 6, a combustion chamber 7, a high pressure turbine 8 and a low pressure turbine 9.

La turbomachine 1 est délimitée par un carter moteur 10 s’étendant depuis sa partie amont pour délimiter une manche d’entrée 11, jusqu’à sa partie aval pour délimiter une tuyère 12 d’éjection des gaz. De manière conventionnelle, l’air s’introduit dans la turbomachine 1 au travers de la manche d’entrée 11 pour rencontrer la soufflante 3. Après avoir traversé cette soufflante, l’air se divise en un flux primaire central Fp et un flux secondaire Fs qui entoure le flux primaire.The turbomachine 1 is delimited by an engine casing 10 extending from its upstream part to delimit an inlet sleeve 11, to its downstream part to delimit a gas ejection nozzle 12. Conventionally, the air is introduced into the turbomachine 1 through the inlet sleeve 11 to meet the fan 3. After having passed through this fan, the air is divided into a central primary flow Fp and a secondary flow Fs which surrounds the primary stream.

Le flux primaire Fp s’écoule dans une veine primaire Vp de circulation des gaz traversant les compresseurs 4 et 6, la chambre de combustion 7 et les turbines 8 et 9, avant d'être évacué vers l'arrière par la tuyère 12. En particulier, l’énergie thermique et cinétique du flux primaire Fp en sortie de chambre de combustion est transformée en énergie mécanique lors de la traversée des turbines basse et haute pression en les faisant mouvoir. Le flux secondaire Fs circule dans un espace appelé veine secondaire Vs qui entoure la veine primaire Vp, étant séparée l’une de l’autre par un carter inter-veine 13.The primary flow Fp flows in a primary stream Vp for the circulation of gases passing through the compressors 4 and 6, the combustion chamber 7 and the turbines 8 and 9, before being evacuated towards the rear through the nozzle 12. In particular, the thermal and kinetic energy of the primary flow Fp at the outlet of the combustion chamber is transformed into mechanical energy when passing through the low and high pressure turbines by causing them to move. The secondary flow Fs circulates in a space called secondary vein Vs which surrounds the primary vein Vp, being separated from each other by an inter-vein casing 13.

En pratique, les besoins accrus en performances des turbomachines nécessitent de réduire l’encombrement et le poids, de manière à réduire la consommation spécifique, ainsi qu’optimiser le travail effectué par les aubages des compresseurs et des turbines afin d’en améliorer le rendement global.In practice, the increased performance requirements of turbomachines require reducing the size and weight, so as to reduce specific consumption, as well as optimizing the work done by the blades of compressors and turbines in order to improve their efficiency. overall.

Ces compresseurs et turbines peuvent être vus comme une succession d’étages, dont chaque étage est composé d’une partie aubagée rotorique, à savoir une partie tournante autour de l’axe central de la turbomachine, et d’une partie aubagée statorique laquelle est fixe et dont la fonction est de redresser le flux d’air en aval de la partie rotorique de l’étage directement en amont afin de compenser la giration du flux.These compressors and turbines can be seen as a succession of stages, each stage of which is composed of a bladed rotor part, namely a rotating part around the central axis of the turbomachine, and a bladed stator part which is fixed and whose function is to straighten the air flow downstream of the rotor part of the stage directly upstream in order to compensate for the gyration of the flow.

Dans cette dynamique, le but de l’invention est de proposer une conception optimisée d’aubage statorique, notamment dans une application pour distributeur de turbine basse pression.In this dynamic, the object of the invention is to propose an optimized design of stator blading, in particular in an application for a low pressure turbine nozzle.

A cet effet, l’invention a pour objet un secteur aubagé statorique monobloc de turbomachine comprenant une première et une deuxième plateformes s’étendant suivant une direction circonférentielle et destinées chacune à délimiter une portion d’une veine d’écoulement fluide, et des pales qui relient chacune la première plateforme à la deuxième plateforme en étant espacées les unes des autres suivant la direction circonférentielle, les pales comprenant chacune une paroi d’intrados et une paroi d’extrados s’étendant à mi-distance d’une surface de cambrure respective, dans lequel les surfaces de cambrure des pales sont identiques, et dans lequel au moins deux pales ont des épaisseurs différentes.To this end, the subject of the invention is a one-piece stator bladed sector of a turbomachine comprising a first and a second platform extending in a circumferential direction and each intended to delimit a portion of a fluid flow path, and blades which each connect the first platform to the second platform while being spaced from each other in the circumferential direction, the blades each comprising a lower surface wall and a lower surface wall extending halfway from a camber surface respective, wherein the camber surfaces of the blades are identical, and wherein at least two blades have different thicknesses.

Avec cette solution, le statut mécanique général du secteur aubagé statorique est amélioré: l’épaisseur de pales etla masse globale du secteur aubagé est limitée à iso-tenue aux efforts. Il en résulte un gain en performance de la turbomachine qui en est équipée.With this solution, the general mechanical status of the bladed stator sector is improved: the thickness of the blades and the overall mass of the bladed sector is limited to iso-strength to the forces. This results in a gain in performance of the turbomachine which is equipped with it.

L’invention concerne également un secteur aubagé ainsi défini, comportant deux pales dont les épaisseurs maximales diffèrent.The invention also relates to a bladed sector thus defined, comprising two blades whose maximum thicknesses differ.

L’invention concerne également un secteur aubagé ainsi défini, comprenant deux pales ayant des épaisseurs moyennes qui diffèrent.The invention also relates to a bladed sector thus defined, comprising two blades having different average thicknesses.

L’invention concerne également un secteur aubagé ainsi défini, comprenant deux pales ayant des épaisseurs locales au bord de fuite qui diffèrent.The invention also relates to a bladed sector thus defined, comprising two blades having local thicknesses at the trailing edge which differ.

L’invention concerne également un secteur aubagé ainsi défini, dans lequel les deux pales situées chacune à une extrémité circonférentielle du secteur sont plus épaisses qu’au moins une des autres pales.The invention also relates to a bladed sector thus defined, in which the two blades each located at a circumferential end of the sector are thicker than at least one of the other blades.

L’invention concerne également un secteur aubagé ainsi défini, dans lequel les pales sont agencées symétriquement par rapport à un plan médian du secteur de distributeur ont les mêmes épaisseurs.The invention also relates to a bladed sector thus defined, in which the blades are arranged symmetrically with respect to a median plane of the distributor sector and have the same thicknesses.

L’invention concerne également un distributeur de turbine comprenant au moins un secteur aubagé ainsi défini.The invention also relates to a turbine nozzle comprising at least one bladed sector thus defined.

L’invention concerne également une turbine de turbomachine comprenant un distributeur ainsi défini.The invention also relates to a turbomachine turbine comprising a distributor thus defined.

L’invention concerne également une turbomachine comprenant une turbine ainsi définie.The invention also relates to a turbomachine comprising a turbine thus defined.

déjà décrite est un schéma de principe d'un turboréacteur à double flux en coupe longitudinale ; already described is a block diagram of a turbofan engine in longitudinal section;

illustre une portion d’une turbine basse pression de turbomachineselon l’invention; illustrates a portion of a turbomachine low-pressure turbine according to the invention;

représente un secteur de distributeur selon l’invention; represents a distributor sector according to the invention;

représente un profil de pale de secteur de distributeur selon l’invention. represents a distributor sector blade profile according to the invention.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERSDETAILED DISCUSSION OF PARTICULAR EMBODIMENTS

La figure 2 représente une portion de la turbine basse pression 9 de la turbomachine 1 telle que décrite précédemment.FIG. 2 represents a portion of the low pressure turbine 9 of the turbomachine 1 as described above.

Cette turbine basse pression 9 est formée d’une succession d’étages le long de la direction axiale de la turbomachine et dont le nombre est établi selon les besoins énergétiques du compresseur basse pression et de la soufflante qu’elle entraine en rotation. Dans l’exemple de la figure, on distingue quatre étages repérés par 16a, 16b, 16c et 16d. Chaque étage inclut un distributeur 17a, 17b, 17c, 17d en amont et une roue aubagée 18a, 18b, 18c et 18d en aval. La roue aubagée est une partie tournante extrayant de l’énergie au flux la parcourant pour se mouvoir, tandis que le distributeur 17a, 17b, 17c, 17d est une partie fixe dont le but est d’accélérer et de guider le flux provenant de la roue mobile de l’étage en amont en le redirigeant vers la roue mobile directement en aval.This low pressure turbine 9 is formed of a succession of stages along the axial direction of the turbomachine and the number of which is established according to the energy requirements of the low pressure compressor and of the fan which it rotates. In the example of the figure, there are four stages identified by 16a, 16b, 16c and 16d. Each stage includes a distributor 17a, 17b, 17c, 17d upstream and a bladed wheel 18a, 18b, 18c and 18d downstream. The bladed wheel is a rotating part extracting energy from the flow traversing it to move, while the distributor 17a, 17b, 17c, 17d is a fixed part whose purpose is to accelerate and guide the flow coming from the impeller of the stage upstream by redirecting it to the impeller directly downstream.

Les roues aubagée 18a, 18b, 18c, 18d comportent chacune un disque rotatif 19, centré sur l’axe central AX de la turbomachine, qui porte une cascade d’aubes rotatives 21 distribuées à intervalle régulier suivant une direction circonférentielle repérée par AY. Ces aubes rotatives 21 s’étendent chacune radialement, c’est à dire suivant la direction AZ orthogonale à la direction longitudinale de la turbomachine. Les disques 19 sont notamment reliés les uns aux autres par bridage.The bladed wheels 18a, 18b, 18c, 18d each comprise a rotating disc 19, centered on the central axis AX of the turbomachine, which carries a cascade of rotating blades 21 distributed at regular intervals in a circumferential direction indicated by AY. These rotating vanes 21 each extend radially, that is to say along the direction AZ orthogonal to the longitudinal direction of the turbomachine. The discs 19 are in particular connected to each other by clamping.

Les distributeurs 17a, 17b, 17c, 17d comportent chacun une rangée annulaire de pales fixes, notées 22, d’orientation radiale AZ, ou présentant au moins une composante radiale.The distributors 17a, 17b, 17c, 17d each comprise an annular row of fixed blades, denoted 22, of radial orientation AZ, or having at least one radial component.

Dans le cadre de l‘invention, l’ensemble des distributeurs 17a, 17b, 17c, 17d sont formés d’un assemblage de secteurs monobloc indépendants et agencés circonférentiellement bout-à-bout.In the context of the invention, all of the distributors 17a, 17b, 17c, 17d are formed from an assembly of independent one-piece sectors and arranged circumferentially end-to-end.

Comme visible plus en détail sur la figure 3, un secteur de distributeur, repéré par 23, comporte deux plates-formes annulaires coaxiales 24 et 26, intérieure et extérieure respectivement, s'étendant l'une à l'intérieur de l'autre et reliées entre elles par des pales 22 espacées les unes des autres suivant la direction circonférentielle AY.As visible in more detail in Figure 3, a distributor sector, marked by 23, comprises two coaxial annular platforms 24 and 26, inner and outer respectively, extending one inside the other and interconnected by blades 22 spaced from each other in the circumferential direction AY.

Dans l’exemple de la figure 3, le secteur comporte six pales, mais il est entendu que l’invention n’est pas limitée à ce dénombrement, le nombre de pales étant fonction de l’étendue angulaire du secteur 23 et des espaces inter-pales 22 pouvant varier selon l’étage de turbine considéré.In the example of Figure 3, the sector has six blades, but it is understood that the invention is not limited to this count, the number of blades being a function of the angular extent of the sector 23 and the spaces between -blades 22 which can vary according to the turbine stage considered.

La plateforme extérieure 26 comporte en outre un socle extérieur 27 formant interface de jonction avec les pales 22. De la même manière, la plateforme intérieure 24 comporte un socle intérieur 28 formant interface de jonction avec les pales 22, et délimitant une portion de la veine primaire Vp de la turbomachine, conjointement avec le socle extérieur 27. En particulier, le socle extérieur 27 est prolongé radialement par des bulbes 29 assurant la fixation du secteur 23 à un carter externe de turbine.. Le socle intérieur est quant à lui prolongé radialement par une âme 30, ayant la forme de la lettre T inversée, prévue pour assurer la fixation du secteur 23 à une portion correspondant de virole fixe portant des éléments en matériau abradable.The outer platform 26 further comprises an outer base 27 forming a junction interface with the blades 22. In the same way, the inner platform 24 comprises an inner base 28 forming a junction interface with the blades 22, and delimiting a portion of the vein primary Vp of the turbomachine, together with the outer base 27. In particular, the outer base 27 is extended radially by bulbs 29 ensuring the attachment of the sector 23 to an outer turbine casing. The inner base is itself extended radially by a core 30, having the shape of the inverted letter T, provided to ensure the fixing of the sector 23 to a corresponding portion of the fixed ferrule carrying elements made of abradable material.

D’une manière générale, chaque pale 22 comporte une paroi d’intrados 31 et une paroi d’extrados 32 qui sont espacées l’une de l’autre de part et d’autre d’un plan médian du profil de l’aube, repéré par 33 sur la figure 4. Ce plan médian, s’étendant à mi-distance des parois d’extrados et d'intrados, est appelé également squelette ou surface de cambrure, repéré par 33 sur la figure 4. Ces parois d’intrados 31 et d’extrados 32 sont réunies en une première extrémité du squelette 33 située dans une région amont AM de la pale par un bord d’attaque 34 et en une seconde extrémité du squelette 33 située dans une région aval AV de la pale par un bord de fuite 36. Le bord d’attaque et le bord de fuite sont notamment des parois bombées.In general, each blade 22 comprises an intrados wall 31 and an extrados wall 32 which are spaced from each other on either side of a median plane of the profile of the blade , identified by 33 in Figure 4. This median plane, extending halfway between the extrados and intrados walls, is also called the skeleton or camber surface, identified by 33 in Figure 4. These walls of intrados 31 and extrados 32 are joined at a first end of the skeleton 33 located in an upstream region AM of the blade by a leading edge 34 and at a second end of the skeleton 33 located in a downstream region AV of the blade by a trailing edge 36. The leading edge and the trailing edge are in particular curved walls.

Différents paramètres géométriques des pales de distributeur influencent les performances de la turbine. Parmi ces paramètres, on distingue notamment l’angle d’incidence, le calage, l’état de surface, ou encore le profil aérodynamique utilisé, ce dernier étant défini comme le contour de la pale en coupe orthogonale. Conçue en fonction de la direction d’arrivée du flux primaire Fp en bord d’attaque 34 et de la direction souhaitée de rabattement en bord de fuite 36, chaque pale 22 de secteur de distributeur s’étend entre les deux plateformes 24, 26 en se vrillant. En particulier, les pales 22 présentent chacune un profil aérodynamique qui est creux pour assurer la redirection du flux. Cette nature de profil est marquée par une paroi d’intrados 32 concave et une paroi d’extrados 32 convexe, vu du flux dans laquelle la pale 22 baigne.Different geometric parameters of the nozzle blades influence the performance of the turbine. Among these parameters, we distinguish in particular the angle of incidence, the setting, the surface condition, or the aerodynamic profile used, the latter being defined as the contour of the blade in orthogonal section. Designed according to the direction of arrival of the primary flow Fp at the leading edge 34 and the desired direction of drawdown at the trailing edge 36, each blade 22 of the distributor sector extends between the two platforms 24, 26 in twisting. In particular, the blades 22 each have an aerodynamic profile which is hollow to ensure the redirection of the flow. This nature of profile is marked by a concave intrados wall 32 and a convex extrados wall 32, seen from the flow in which the blade 22 bathes.

Le profil aérodynamique est en pratique établi sur la base d’un compromis pour assurer un niveau de rendement suffisant pour une résistance mécanique admissible, c’est-à-dire permettant de se prémunir de toute défaillance. Usuellement, les pales de l’ensemble des secteurs formant un distributeur présentent des paramètres géométriques identiques et adaptés aux paramètres d’écoulement à l’étage considéré, notamment en fonction de la pression du flux qui chute à chaque traversée d’un étage extrayant une quantité d’énergie donnée.The aerodynamic profile is in practice established on the basis of a compromise to ensure a level of efficiency sufficient for an admissible mechanical resistance, that is to say making it possible to guard against any failure. Usually, the blades of all the sectors forming a distributor have identical geometric parameters and adapted to the flow parameters at the stage considered, in particular according to the pressure of the flow which drops at each crossing of a stage extracting a amount of energy given.

La sectorisation des distributeurs est une particularité de conception adoptée par les motoristes du fait qu’elle permet de limiter les coûts de fabrication et d’allonger la durée de vie en service des distributeurs, la réutilisation d’un distributeur défectueux étant rendu possible en remplaçant avantageusement les secteurs endommagés en maintenance.Distributor sectoring is a design feature adopted by engine manufacturers because it limits manufacturing costs and extends the service life of distributors, the reuse of a defective distributor being made possible by replacing advantageously the sectors damaged in maintenance.

Néanmoins, il a été observé que cette sectorisation a pour conséquence de rompre la symétrie cyclique des efforts telle qu’observée dans le cas d’un distributeur formé monobloc sur 360°, même si l’on considère que chaque distributeur est issu de l’assemblage de secteurs identiques et parfaitement accordés successivement. Autrement dit, l’étude des cartographies de contraintes montre une hétérogénéité des efforts au sein de chaque secteur de distributeur : suivant leur emplacement le long de la direction circonférentielle AY, les pales ne sont pas soumises aux mêmes chargements bien qu’identiques les unes des autres.Nevertheless, it has been observed that this sectoring has the consequence of breaking the cyclic symmetry of the forces as observed in the case of a distributor formed in one piece over 360°, even if it is considered that each distributor comes from the assembly of identical and perfectly tuned sectors successively. In other words, the study of the stress maps shows a heterogeneity of the forces within each distributor sector: according to their location along the circumferential direction AY, the blades are not subjected to the same loads although identical to each other. others.

A cet égard, la particularité de l’invention réside dans une optimisation du profil aérodynamique des pales 22 des secteurs de distributeur 23 en définissant l’épaisseur de chacune au juste besoin, l’épaisseur étant définie comme une distance mesurée entre les parois d’intrados et d’extrados 31 et 32 orthogonalement au squelette 33. Autrement dit, un secteur de distributeur selon l’invention comprend des pales présentant un squelette 33 identique et se distinguant entre elles par la quantité de matière avec laquelle elles sont formées.In this respect, the particularity of the invention lies in an optimization of the aerodynamic profile of the blades 22 of the distributor sectors 23 by defining the thickness of each just as needed, the thickness being defined as a distance measured between the walls of intrados and extrados 31 and 32 orthogonally to the skeleton 33. In other words, a distributor sector according to the invention comprises blades having an identical skeleton 33 and differing from one another by the quantity of material with which they are formed.

Comme il est compris, le secteur 23 selon l’invention réoriente le flux primaire d’amont en aval suivant la même direction, les pales conservant un squelette 33 identique, mais présente une masse optimisée.As understood, the sector 23 according to the invention redirects the primary flow from upstream to downstream in the same direction, the blades retaining an identical skeleton 33, but has an optimized mass.

Concrètement, l’épaisseur qui différencie au moins deux pales d’un secteur de distributeur selon l’invention peut aussi bien désigner l’épaisseur relative, définie comme le ratio de l’épaisseur maximale sur la longueur de corde, l’épaisseur moyenne, ou encore une épaisseur locale mesurée en des points identiques du squelette des deux pales. Parmi l’ensemble des valeurs d’épaisseurs locales, on distingue notamment l’épaisseur maximale noté Em ou encore une épaisseur de bord de fuite Ef, définie à la jonction entre le bord de fuite et les parois d’intrados et d’extrados.Concretely, the thickness which differentiates at least two blades of a distributor sector according to the invention can also designate the relative thickness, defined as the ratio of the maximum thickness to the chord length, the average thickness, or even a local thickness measured at identical points of the skeleton of the two blades. Among all the local thickness values, we distinguish in particular the maximum thickness noted Em or a trailing edge thickness Ef, defined at the junction between the trailing edge and the intrados and extrados walls.

En particulier, en comparant le comportement mécanique entre un distributeur usuel à pales identiques et formé monobloc, avec son équivalent usuel formé d’un assemblage de plusieurs secteurs à pales identiques, il apparait que seules les pales situées aux extrémités circonférentielles des secteurs sont sollicitées en traction-compression d’une ampleur atteignant celle des sollicitations observées pour l’ensemble des pales du distributeur monobloc. Autrement dit, les pales dites intérieures, ce terme désignant les pales autres que celles en extrémité circonférentielle du secteur de distributeur, apparaissent comme surdimensionnées selon ce cas de figure par rapport aux sollicitations mécaniques auxquelles elles sont soumises.In particular, by comparing the mechanical behavior between a usual distributor with identical blades and formed in one piece, with its usual equivalent formed by an assembly of several sectors with identical blades, it appears that only the blades located at the circumferential ends of the sectors are stressed in tension-compression of a magnitude reaching that of the stresses observed for all the blades of the one-piece distributor. In other words, the so-called inner blades, this term designating the blades other than those at the circumferential end of the distributor sector, appear to be oversized according to this scenario with respect to the mechanical stresses to which they are subjected.

Au regard de ce comparatif, l’invention prévoit selon un mode de réalisation de former les pales intérieures, repérées par 22i sur la figure 3, comprenant une épaisseur qui est inférieure à celle des pales en extrémité circonférentielle de secteur, notées 22e. Ces pales en extrémité circonférentielle, dite extérieures par opposition avec les pales intérieures, présentent quant à elles une épaisseur correspondante à celle mesurée dans l’état de la technique pour un même étage 16a, 16b, 16c, 16d de turbine. Avantageusement, l’épaisseur des pales intérieures 22i résulte d’une réduction de l’ordre de deux à cinq fois l’épaisseur des pales extérieures 22e. A titre d’exemple non limitatif, l’épaisseur maximale des pales intérieures 22i présente une valeur de 1mm lorsque l’épaisseur maximale des pales extérieures 22e présente une valeur de 3mm.With regard to this comparison, the invention provides, according to one embodiment, to form the inner blades, identified by 22i in FIG. 3, comprising a thickness which is less than that of the blades at the circumferential end of the sector, denoted 22e. These blades at the circumferential end, called outer blades as opposed to the inner blades, have a thickness corresponding to that measured in the state of the art for the same turbine stage 16a, 16b, 16c, 16d. Advantageously, the thickness of the inner blades 22i results from a reduction of the order of two to five times the thickness of the outer blades 22e. By way of non-limiting example, the maximum thickness of the inner blades 22i has a value of 1mm when the maximum thickness of the outer blades 22e has a value of 3mm.

Plus précisément, dans le cas où les valeurs d’efforts transitant sont symétriques par rapport à un plan médian du secteur de distributeur, l’invention prévoit avantageusement que les pales agencées symétriquement par rapport au plan médian aient les mêmes épaisseurs.More precisely, in the case where the transiting force values are symmetrical with respect to a median plane of the distributor sector, the invention advantageously provides that the blades arranged symmetrically with respect to the median plane have the same thicknesses.

Il est à noter que l’invention n’est pas limitée au mode de réalisation décrit de secteur de distributeur, à savoir avec les pales intérieures 22i présentant une épaisseur inférieure à celles d’extrémité de secteur 22e. Concrètement, l’invention permet des morphologies différentes dès lors que l’épaisseur des pales est optimisée au juste besoin. Cette condition selon l’invention se traduit par la formation d’un secteur de distributeur dont au moins deux pales ont des épaisseurs différentes, entendu que les pales constitutives du secteur sont sollicitées différemment en fonction de leur position relative.It should be noted that the invention is not limited to the described embodiment of the distributor sector, namely with the inner blades 22i having a thickness less than those at the end of the sector 22e. Concretely, the invention allows different morphologies as soon as the thickness of the blades is optimized to the exact need. This condition according to the invention results in the formation of a distributor sector of which at least two blades have different thicknesses, it being understood that the blades constituting the sector are stressed differently according to their relative position.

D’une manière générale, le remplacement de distributeurs usuels par des distributeurs formés d’un assemblage de secteurs selon l’invention assure un gain en performance, entendu qu’une réduction de la masse de la turbine basse pression 9 conduit à une diminution de la consommation spécifique de la turbomachine. Aussi, il est à noter qu’une réduction d’épaisseur des pales, en particulier au niveau du bord de fuite 36, tend à limiter la trainée ainsi que les phénomènes de sillages qui dissipent l’énergie du flux primaire Fp. Les roues mobiles 18 en aval des distributeurs 17 peuvent ainsi extraire une quantité supérieure d’énergie du flux, ce qui revient à gonfler le rendement de la turbine basse pression 9.In general, the replacement of usual distributors by distributors formed from an assembly of sectors according to the invention ensures a gain in performance, it being understood that a reduction in the mass of the low pressure turbine 9 leads to a reduction in the specific consumption of the turbomachine. Also, it should be noted that a reduction in the thickness of the blades, in particular at the level of the trailing edge 36, tends to limit the drag as well as the phenomena of wakes which dissipate the energy of the primary flow Fp. The mobile wheels 18 downstream of the distributors 17 can thus extract a greater quantity of energy from the flow, which amounts to inflating the efficiency of the low pressure turbine 9.

L’optimisation de l’épaisseur de chacune des pales 22 a été expliquée comme s’effectuant au regard des sollicitations d’origines mécaniques auxquelles elles sont assujetties. De manière générale, l’épaisseur est l’un des paramètres influençant également le comportement du distributeur sous sollicitations d’origines différentes, comme par exemple l’amortissement vibratoire des phénomènes aéroélastiques, les déformations sous gradient de température, ou encore la tenue en fatigue. A cet égard, il doit être compris que ces différents cas de charges, et notamment leurs interactions, doivent être considérés en complément de la tenue sous sollicitions mécaniques lors de l’optimisation de l’épaisseur. Autrement dit, après avoir identifié, à l’étage 16a, 16b, 16c, 16d considéré, que certaines pales d’un secteur usuel à pales identiques, sont faiblement contraintes et donc éligibles à une réduction d’épaisseur pour aboutir à un secteur optimisé selon l’invention, il convient de fixer la nouvelle épaisseur au regard d’autres critères de dimensionnement afin de s’assurer de l’inexistence d’un effet pervers conduisant a posteriori à des surcoûts de re-conception. A cet égard, l’invention prévoit avantageusement que l’épaisseur des pales optimisées soit fixée au minimum à 0,2mm pour ce qui est de l’épaisseur locale au bord de fuite Ef, et au minimum à 0,7mm en ce qui concerne l’épaisseur locale dite maximale.The optimization of the thickness of each of the blades 22 has been explained as taking place with regard to the stresses of mechanical origin to which they are subject. In general, the thickness is one of the parameters also influencing the behavior of the distributor under stresses of different origins, such as for example the vibration damping of aeroelastic phenomena, the deformations under temperature gradient, or even the fatigue resistance. . In this respect, it must be understood that these different load cases, and in particular their interactions, must be considered in addition to the resistance under mechanical stresses when optimizing the thickness. In other words, after having identified, at the stage 16a, 16b, 16c, 16d considered, that certain blades of a usual sector with identical blades, are weakly constrained and therefore eligible for a reduction in thickness to achieve an optimized sector according to the invention, the new thickness should be fixed with regard to other dimensioning criteria in order to ensure the non-existence of a perverse effect leading a posteriori to additional re-design costs. In this respect, the invention advantageously provides for the thickness of the optimized blades to be fixed at least at 0.2 mm as regards the local thickness at the trailing edge Ef, and at least at 0.7 mm as regards the so-called maximum local thickness.

L’invention permet d’augmenter les performances de la turbomachine équipée de tels secteurs monobloc à pales d’épaisseur optimisée, tout en conservant une maîtrise des coûts de fabrication. En effet, le procédé de fonderie, usuellement utilisé, reste compatible en utilisant des clés permettant d’obtenir les différentes formes souhaitées. Aussi, le recours à la fabrication additive est également envisageable, et en outre avantageux pour le cas où les différents étages 16a, 16b, 16c et 16d présentent chacun un distributeur comprenant des secteurs 23 à morphologie unique, ce procédé étant particulièrement bien adapté pour des fabrications en petites séries.The invention makes it possible to increase the performance of the turbomachine equipped with such one-piece sectors with blades of optimized thickness, while maintaining control of manufacturing costs. Indeed, the foundry process, usually used, remains compatible by using keys to obtain the different desired shapes. Also, the use of additive manufacturing is also possible, and moreover advantageous for the case where the different stages 16a, 16b, 16c and 16d each have a distributor comprising sectors 23 with a single morphology, this process being particularly well suited for production in small series.

Enfin, le secteur à performances optimisées par différenciation d’épaisseur de pales a été décrit pour une application de distributeur 17a, 17b, 17c, 17d de turbine basse pression 9. Cependant, il est à noter que l’invention reste applicable également pour la turbine haute pression 8, ou encore pour les compresseurs basse et haute pression 4, 6 dont les parties aubagées statoriques, désignées par redresseurs, assurent la même fonction de guidage de flux que les distributeurs de la turbine basse pression. Concrètement, l’invention se rapporte à un secteur aubagé statorique à performances améliorées.Finally, the sector with performance optimized by blade thickness differentiation has been described for an application of a distributor 17a, 17b, 17c, 17d of a low pressure turbine 9. However, it should be noted that the invention also remains applicable for the high pressure turbine 8, or else for the low and high pressure compressors 4, 6 whose bladed stator parts, designated as rectifiers, perform the same flow guiding function as the distributors of the low pressure turbine. Concretely, the invention relates to a bladed stator sector with improved performance.

Claims (9)

Secteur aubagé statorique (23) monobloc de turbomachine (1) comprenant une première et une deuxième plateformes (24; 26) s’étendant suivant une direction circonférentielle (AY) et destinées chacune à délimiter une portion d’une veine d’écoulement fluide (Vp), et des pales (22) qui relient chacune la première plateforme (24) à la deuxième plateforme (26) en étant espacées les unes des autres suivant la direction circonférentielle (AY), les pales comprenant chacune une paroi d’intrados (31) et une paroi d’extrados (32) s’étendant à mi-distance d’une surface de cambrure (33) respective,
caractérisé en ce que les surfaces de cambrure (33) des pales (22) sont identiques, et en ce qu’au moins deux pales (22) ont des épaisseurs différentes.
One-piece stator bladed sector (23) of a turbomachine (1) comprising first and second platforms (24; 26) extending in a circumferential direction (AY) and each intended to delimit a portion of a fluid flow path ( Vp), and blades (22) which each connect the first platform (24) to the second platform (26) while being spaced from each other in the circumferential direction (AY), the blades each comprising an intrados wall ( 31) and an extrados wall (32) extending halfway from a respective camber surface (33),
characterized in that the camber surfaces (33) of the blades (22) are identical, and in that at least two blades (22) have different thicknesses.
Secteur aubagé selon la revendication 1, comportant deux pales (22) dont les épaisseurs maximales (Em) diffèrent.Bladed sector according to Claim 1, comprising two blades (22) whose maximum thicknesses (Em) differ. Secteur aubagé selon la revendication 1, comprenant deux pales ayant des épaisseurs locales au bord de fuite (Ef) qui diffèrent.Bladed sector according to Claim 1, comprising two blades having local thicknesses at the trailing edge (Ef) which differ. Secteur aubagé selon la revendication 1, comprenant deux pales ayant des épaisseurs moyennes qui diffèrent.Bladed sector according to claim 1, comprising two blades having different average thicknesses. Secteur aubagé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les deux pales (22e) situées chacune à une extrémité circonférentielle du secteur sont plus épaisses qu’au moins une des autres pales (22i).Bladed sector according to one of the preceding claims, in which the two blades (22e) each located at a circumferential end of the sector are thicker than at least one of the other blades (22i). Secteur aubagé selon la revendication 5, dans lequel les pales (22) agencées symétriquement par rapport à un plan médian du secteur de distributeur ont les mêmes épaisseurs.Bladed sector according to Claim 5, in which the blades (22) arranged symmetrically with respect to a median plane of the distributor sector have the same thicknesses. Distributeur (17) de turbine (9) incluant au moins un secteur aubagé selon l’une des revendications précédentes.Distributor (17) of turbine (9) including at least one bladed sector according to one of the preceding claims. Turbine de turbomachine (9) comprenant un distributeur (17) selon la revendication 7.Turbomachine turbine (9) comprising a distributor (17) according to claim 7. Turbomachine (1) comprenant une turbine (9) selon la revendication 8.Turbomachine (1) comprising a turbine (9) according to claim 8.
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