FR3126141A1 - Rotor de turbine a ventilation amelioree - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un rotor de turbine (32) s’étendant autour d’un axe longitudinal (X-X’), le rotor (32) comprenant -un premier disque amont (32a) et un deuxième disque aval (32b) lié en rotation avec ce dernier par une virole (V1) s’étendant axialement entre les disques de manière à séparer radialement une cavité interne (C1i) à la virole proche de l’axe longitudinal (X-X’) et une cavité externe (C1e) à la virole en éloignement de cet axe,le rotor (32) comprenant également un système de ventilation des disques configuré pour distribuer, d’une part, au premier disque amont (32a) un premier flux φ1 de ventilation destiné à traverser le premier disque amont et, d’autre part, au deuxième disque aval (32b) un deuxième flux φ2 de ventilation destiné à traverser le deuxième disque aval et qui est obtenu à partir du premier flux φ1 de ventilation ayant traversé le premier disque amont Figure pour l’abrégé : Fig.3A
Description
Le présent exposé concerne un rotor de turbine, notamment pour turbine basse pression d’une turbomachine.
L’invention s’applique notamment aux rotors de turbomachines, notamment aéronautiques, telles que des turbines à gaz, voire d’autres turbomachines telles que des turbines industrielles.
On connaît du document FR 3 062 415 A1 un système de ventilation pour un rotor de turbine de turboréacteur.
La représente de manière schématique une vue en coupe axiale d'une turbine basse pression d'un turboréacteur décrit dans ce document, comprenant une série de distributeurs (stator) alternés selon l'axe X de rotation de la turbomachine avec une série de disques ou roues mobiles formant un rotor 1. La turbine comporte de manière conventionnelle un ou plusieurs étages qui sont constitués chacun d'un distributeur suivi d'un disque mobile.
Le rotor 1 présente un axe X de révolution qui correspond à un axe principal du turboréacteur et comprend plusieurs disques mobiles, par exemple quatre disques 2a-d, qui comprennent chacun un moyeu 3 s'étendant radialement vers l'intérieur en direction de l'axe X. Chaque disque comporte, un moyeu 3 pourvu d’une jante, des rainures périphériques telles que des alvéoles dans lesquelles les aubes du disque mobile sont emboîtées.
Dans cette configuration, les premier et second disques 2a et 2b comportent un bras aval 4 qui s'étend vers l'aval depuis la face radiale aval de chacun des disques 2a et 2b, le quatrième disque 2d comportant un bras amont 5 s'étendant vers l'amont depuis la face radiale amont du disque 2d. Le troisième disque 2c, quant à lui, est appelé disque tourillon et est relié à l'arbre basse pression de la turbine.
Les deuxième et troisième disques 2b et 2c comportent en outre chacun un anneau d'étanchéité 6 amont fixé au disque à l'aide d'une bride annulaire.
Afin de ventiler les alvéoles des disques 2a-d du rotor 1, un flux d'air pressurisé peut être prélevé en amont de la turbine, typiquement au niveau du compresseur haute pression, et être introduit dans les alvéoles afin de refroidir chacun des disques. Pour cela, le rotor 1 comprend, pour chacun des disques 2a-d, un système de ventilation comprenant un circuit de ventilation adapté pour mettre en communication fluidique une cavité radialement interne 7, dans laquelle s'étend le moyeu 3 du disque, et une cavité radialement externe 8, délimitée par l'anneau d'étanchéité 6 et les bras amont 5 et aval 4 des disques.
Bien que cette architecture soit satisfaisante il existe néanmoins un besoin d’améliorer le système de ventilation de la turbine, notamment afin de réduire la consommation énergétique de celle-ci.
L’invention a ainsi pour objet un rotor de turbine s’étendant autour d’un axe longitudinal suivant lequel un fluide est destiné à s’écouler d’amont en aval, le rotor comprenant au moins deux disques:
-un premier disque amont,
-un deuxième disque aval situé en aval du premier disque amont et lié en rotation avec ce dernier par une virole qui s’étend axialement entre les deux disques de manière à séparer radialement une cavité interne à la virole proche de l’axe longitudinal (X-X’) et une cavité externe à la virole en éloignement de cet axe,
le rotor comprenant également un système de ventilation des disques destiné à distribuer un flux de fluide de ventilation à chacun des disques,
caractérisé en ce que le système de ventilation est configuré, d’une part, pour distribuer au premier disque amont un premier flux de fluide de ventilation destiné à traverser le premier disque amont et, d’autre part, pour distribuer au deuxième disque aval un deuxième flux de fluide de ventilation destiné à traverser le deuxième disque aval et qui est obtenu à partir du premier flux de fluide de refroidissement ayant traversé le premier disque amont.
-un premier disque amont,
-un deuxième disque aval situé en aval du premier disque amont et lié en rotation avec ce dernier par une virole qui s’étend axialement entre les deux disques de manière à séparer radialement une cavité interne à la virole proche de l’axe longitudinal (X-X’) et une cavité externe à la virole en éloignement de cet axe,
le rotor comprenant également un système de ventilation des disques destiné à distribuer un flux de fluide de ventilation à chacun des disques,
caractérisé en ce que le système de ventilation est configuré, d’une part, pour distribuer au premier disque amont un premier flux de fluide de ventilation destiné à traverser le premier disque amont et, d’autre part, pour distribuer au deuxième disque aval un deuxième flux de fluide de ventilation destiné à traverser le deuxième disque aval et qui est obtenu à partir du premier flux de fluide de refroidissement ayant traversé le premier disque amont.
Cette architecture de ventilation/ refroidissement permet de ventiler/refroidir) les disques successifs du rotor à partir d’un seul flux de fluide de ventilation/refroidissement de débit donné qui est distribué au premier disque amont, puis distribué au deuxième disque aval après ventilation/refroidissement du premier disque amont et après avoir traversé la cavité externe à la virole (le deuxième disque aval est ventilé/refroidi avec la partie du débit de fluide initial non utilisée), et ainsi de suite pour les disques successifs (ventilation/refroidissement en cascade de chaque étage de la turbine qui comprend ce rotor à partir d’un débit unique de fluide de ventilation/refroidissement en entrée de l’étage amont de celle-ci). Le besoin de ventilation/refroidissement de l’étage aval est généralement inférieur à celui de l’étage amont, ce qui permet de n’utiliser qu’une partie du débit de ventilation/refroidissement de l’étage amont. L’utilisation d’un seul flux de fluide de ventilation/refroidissement (et donc d’un seul débit de fluide) pour ventiler/refroidir les disques du rotor permet de réduire de manière significative le débit global utilisé pour ventiler/refroidir les disques par rapport aux architectures conventionnelles où chaque disque de rotor est ventilé/refroidi indépendamment des autres disques avec un débit qui lui est propre. L’utilisation d’un débit de fluide de ventilation/refroidissement réduit permet par exemple de limiter le débit de fluide prélevé sur le compresseur haute pression et donc de limiter l’impact sur la consommation spécifique de la turbine.
Selon d’autres caractéristiques possibles :
-le rotor de turbine comporte un anneau d’étanchéité annulaire disposé dans la cavité externe à la virole;
- que le premier flux φ1 de fluide de ventilation circulant dans la cavité externe située entre la virole et l’anneau d’étanchéité annulaire est évacué au moins en partie hors de cette cavité ;
-le premier disque amont porte un flasque disposé contre une face amont du disque et qui est percé de trou(s) traversant(s) configuré(s) de manière à permettre le passage du premier flux de fluide de ventilation;
-chacun des premier disque amont et deuxième disque aval comporte une pluralité d’alvéoles périphériques et une pluralité d’aubes qui sont chacune emboîtées dans l’une des alvéoles;
-chacun des premier disque amont et deuxième disque aval comporte l’un et/ou l’autre des aménagements suivants:
un passage est aménagé entre un pied d’une ou de plusieurs des aubes portées par le disque et un fond d’une ou des alvéoles dans laquelle l’aube(s) considérée(s) est(sont) emboîtée(s) pour permettre à un flux de fluide de ventilation de traverser le disque;
un trou traversant est pratiqué dans un pied d’une ou de plusieurs des aubes portées par le disque pour permettre à un flux de fluide de ventilation de traverser le disque;
-le rotor de turbine comprend une pluralité de disques formée d’au moins trois disques successivement disposés d’amont en aval et commençant par le premier disque amont et le deuxième disque aval.
-le rotor de turbine comporte un anneau d’étanchéité annulaire disposé dans la cavité externe à la virole;
- que le premier flux φ1 de fluide de ventilation circulant dans la cavité externe située entre la virole et l’anneau d’étanchéité annulaire est évacué au moins en partie hors de cette cavité ;
-le premier disque amont porte un flasque disposé contre une face amont du disque et qui est percé de trou(s) traversant(s) configuré(s) de manière à permettre le passage du premier flux de fluide de ventilation;
-chacun des premier disque amont et deuxième disque aval comporte une pluralité d’alvéoles périphériques et une pluralité d’aubes qui sont chacune emboîtées dans l’une des alvéoles;
-chacun des premier disque amont et deuxième disque aval comporte l’un et/ou l’autre des aménagements suivants:
un passage est aménagé entre un pied d’une ou de plusieurs des aubes portées par le disque et un fond d’une ou des alvéoles dans laquelle l’aube(s) considérée(s) est(sont) emboîtée(s) pour permettre à un flux de fluide de ventilation de traverser le disque;
un trou traversant est pratiqué dans un pied d’une ou de plusieurs des aubes portées par le disque pour permettre à un flux de fluide de ventilation de traverser le disque;
-le rotor de turbine comprend une pluralité de disques formée d’au moins trois disques successivement disposés d’amont en aval et commençant par le premier disque amont et le deuxième disque aval.
L’invention a également pour objet une turbine comprenant un rotor de turbine tel que brièvement exposé ci-dessus et un stator de turbine comprenant un distributeur intercalé entre deux disques successifs du rotor.
Selon d’autres caractéristiques possibles :
-le deuxième flux de fluide de ventilation a un débit qui est sensiblement divisé par deux par rapport au débit du premier flux de fluide de ventilation;
- la turbine comprend une structure à libre dilatation configurée pour ajuster de manière dynamique un jeu radial interne à chaque distributeur (ex : jeu entre l’anneau d’étanchéité portant l’étanchéité, par exemple via un abradable, et la virole portant des léchettes ou l’anneau d’étanchéité mobile portant les léchettes.
-le deuxième flux de fluide de ventilation a un débit qui est sensiblement divisé par deux par rapport au débit du premier flux de fluide de ventilation;
- la turbine comprend une structure à libre dilatation configurée pour ajuster de manière dynamique un jeu radial interne à chaque distributeur (ex : jeu entre l’anneau d’étanchéité portant l’étanchéité, par exemple via un abradable, et la virole portant des léchettes ou l’anneau d’étanchéité mobile portant les léchettes.
L’invention a aussi pour objet une turbomachine comprenant une turbine telle que brièvement exposée ci-dessus.
D'autres caractéristiques et avantages de l'objet du présent exposé ressortiront de la description suivante de modes de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux figures annexées.
[Fig. 3A] La [Fig. 3A] est une vue schématique partielle d’une première configuration possible d’une turbine intégrant un rotor de turbine selon un mode de réalisation de l’invention;
[Fig. 3B] La [Fig. 3B] est une vue schématique partielle d’une deuxième configuration possible d’une turbine intégrant un rotor de turbine selon un mode de réalisation de l’invention;
[Fig. 3C] La [Fig. 3C] est une vue schématique partielle d’une troisième configuration possible d’une turbine intégrant un rotor de turbine selon un mode de réalisation de l’invention;
[Fig. 4A] La [Fig. 4A] est une vue schématique partielle d’une première configuration possible d’un disque de rotor selon un mode de réalisation de l’invention;
[Fig. 4B] La [Fig. 4B] est une vue schématique d’une deuxième configuration possible d’un disque de rotor selon un mode de réalisation de l’invention;
[Fig. 4C] La [Fig. 4C] est une vue schématique d’une troisième configuration possible d’un disque de rotor selon un mode de réalisation de l’invention;
Claims (11)
- Rotor de turbine (32) s’étendant autour d’un axe longitudinal (X-X’) suivant lequel un fluide est destiné à s’écouler d’amont en aval, le rotor (32) comprenant au moins deux disques:
-un premier disque amont (32a ;64a),
-un deuxième disque aval (32b ;64b) situé en aval du premier disque amont et lié en rotation avec ce dernier par une virole (V1 ;74) qui s’étend axialement entre les deux disques de manière à séparer radialement une cavité interne (C1i) à la virole proche de l’axe longitudinal (X-X’) et une cavité externe (C1e) à la virole en éloignement de cet axe,
le rotor (32) comprenant également un système de ventilation des disques destiné à distribuer un flux de fluide de ventilation à chacun des disques,
caractérisé en ce que le système de ventilation est configuré pour, d’une part, distribuer au premier disque amont (32a ; 64a) un premier flux φ1 de fluide de ventilation destiné à traverser le premier disque amont et, d’autre part, distribuer au deuxième disque aval (32b ;64b) un deuxième flux φ2 de fluide de ventilation destiné à traverser le deuxième disque aval et qui est obtenu à partir du premier flux φ1 de fluide de ventilation ayant traversé le premier disque amont. - Rotor de turbine selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comporte un anneau d’étanchéité annulaire (76) disposé dans la cavité externe (Ce) à la virole (74).
- Rotor de turbine selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier flux φ1 de fluide de ventilation circulant dans la cavité externe (Ce) située entre la virole (74) et l’anneau d’étanchéité annulaire (76) est évacué au moins en partie hors de cette cavité (Ce).
- Rotor de turbine selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier disque amont (32a; 36) porte un flasque (38) disposé contre une face amont (36a) du disque et qui est percé de trou(s) traversant(s) (38b) configuré(s) de manière à permettre le passage du premier flux de fluide de ventilation.
- Rotor de turbine selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacun des premier disque amont (32a) et deuxième disque aval (32b) comporte une pluralité d’alvéoles périphériques et une pluralité d’aubes qui sont chacune montées dans l’une des alvéoles.
- Rotor de turbine selon la revendication 5, caractérisé en ce que chacun des premier disque amont (32a) et deuxième disque aval (32b) comporte l’un et/ou l’autre des aménagements suivants:
-un passage (46) de ventilation est aménagé entre un pied (42) d’une ou de plusieurs des aubes portées par le disque et un fond d’une ou de plusieurs alvéoles (44) dans laquelle l’aube(s) considérée(s) est(sont) montée(s) pour permettre à un flux de fluide de ventilation de traverser le disque;
-un trou traversant (56) de ventilation est pratiqué dans un pied (52) d’une ou de plusieurs des aubes portées par le disque pour permettre à un flux de fluide de ventilation de traverser le disque. - Rotor de turbine selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend une pluralité de disques (32a-d) formée d’au moins trois disques successivement disposés d’amont en aval et commençant par le premier disque amont (32a) et le deuxième disque aval (32b).
- Turbine (330), caractérisée en ce qu’elle comprend un rotor de turbine (32) selon l’une des revendications 1 à 7 et un stator de turbine (34) comprenant un distributeur (34a-c) intercalé entre deux disques successifs du rotor (32a-d).
- Turbine selon la revendication 8, caractérisée en ce que le deuxième flux de fluide de ventilation a un débit qui est réduit par rapport au débit du premier flux de fluide de ventilation.
- Turbine selon la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce que la turbine comprend une structure à libre dilatation configurée pour ajuster un jeu radial interne entre le rotor de turbine (32) et le distributeur (34a-c) du stator de turbine (34).
- Turbomachine (10) comprenant une turbine (19) selon l’une des revendications 8 à 10.
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|---|---|---|---|
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| FR2108635 | 2021-08-11 |
Publications (1)
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|---|---|
| FR3126141A1 true FR3126141A1 (fr) | 2023-02-17 |
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ID=78212230
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| FR2108635A Pending FR3126141A1 (fr) | 2021-08-11 | 2021-08-11 | Rotor de turbine a ventilation amelioree |
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2021
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