BE1030046B1 - MOBILE IMPELLER WITH SEVERAL ROWS OF BLADE - Google Patents
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Abstract
Procédé de fabrication d’une roue mobile (38) de turbomachine comprenant : la fabrication d’une pluralité de premières aubes (40), dites internes ; la fabrication d’une pluralité de secondes aubes (44), dites externes ; la fabrication d’un disque (41) ; la fabrication d’un anneau (42) comprenant un bord d’attaque, un bord de fuite, une surface radiale interne et une surface radiale externe, lesdites surfaces s’étendant du bord d’attaque au bord de fuite ; la fixation des aubes internes (40) au disque (41) ; la fixation de l’anneau (42) aux aubes internes (40); et la fixation des aubes externes (44) à l’anneau (42). L’invention porte également sur une roue mobile (38) obtenue par ce procédé et une turbomachine munie d’une telle roue (38).Method of manufacturing a turbine engine impeller (38) comprising: the manufacture of a plurality of first blades (40), called internal blades; the manufacture of a plurality of second blades (44), called external; making a disc (41); fabricating a ring (42) comprising a leading edge, a trailing edge, an inner radial surface and an outer radial surface, said surfaces extending from the leading edge to the trailing edge; attaching the inner vanes (40) to the disc (41); attaching the ring (42) to the inner vanes (40); and attaching the outer vanes (44) to the ring (42). The invention also relates to a mobile wheel (38) obtained by this process and a turbomachine provided with such a wheel (38).
Description
ROUE MOBILE A PLUSIEURS RANGEES D'AUBESMOBILE IMPELLER WITH SEVERAL ROWS OF BLADE
DomaineDomain
L’invention a trait à la fabrication d’une roue mobile pour une turbomachine multi- flux.The invention relates to the manufacture of a moving wheel for a multi-flow turbomachine.
Art antérieurPrior art
Les turbomachines multi-flux ont pour caractéristique d’utiliser différents flux d’air annulaires, coaxiaux les uns des autres, chacun des flux rencontrant ou non divers organes de la turbomachine (compresseur, chambre de combustion, turbine, pales de redresseur, etc.).Multi-flow turbomachines have the characteristic of using different annular air flows, coaxial with each other, each of the flows meeting or not meeting various components of the turbomachine (compressor, combustion chamber, turbine, stator blades, etc. ).
Ainsi, il est connu d’utiliser une roue mobile de compresseur qui est commune à deux flux adjacents séparés d’une paroi. À ce titre, la roue comprend un anneau intermédiaire qui maintient les deux flux isolés l’un de l’autre de manière étanche.Thus, it is known to use a moving compressor wheel which is common to two adjacent flows separated by a wall. As such, the impeller includes an intermediate ring that keeps the two flows sealed from each other.
Pour assembler cet anneau intermédiaire, des supports sont prévus sur chacune des aubes et des tronçons angulaires de l’anneau sont rivetés à chacun des supports.To assemble this intermediate ring, supports are provided on each of the blades and angular sections of the ring are riveted to each of the supports.
D’une part, un tel assemblage est complexe. Il nécessite un temps de montage important et requiert l’emploi d’outils spécifiques.On the one hand, such an assembly is complex. It requires significant assembly time and requires the use of specific tools.
D’autre part, une telle roue mobile est uniquement adaptée à une conception où deux flux sont déjà séparés l’un de l’autre en amont de la roue. La géométrie de l'anneau intermédiaire n’est pas adaptée à une zone de la turbomachine où un flux unique en amont de la roue est scindé en plusieurs flux en aval de la roue, car la géométrie connue de l’état de la technique génèrerait dans une telle situation des pertes aérodynamiques importantes et donc un rendement du moteur plus faible.On the other hand, such a moving impeller is only suitable for a design where two flows are already separated from each other upstream of the impeller. The geometry of the intermediate ring is not suitable for a zone of the turbomachine where a single flow upstream of the wheel is split into several flows downstream of the wheel, because the geometry known from the state of the art would generate in such a situation significant aerodynamic losses and therefore lower engine performance.
De telles zones de séparation de flux se trouvent notamment au niveau d’un bec de séparation en aval d’une soufflante ou en aval d’un compresseur de la turbomachine.Such flow separation zones are found in particular at the level of a separation nozzle downstream of a fan or downstream of a compressor of the turbomachine.
Résumé de l’inventionSummary of the invention
Problème techniqueTechnical problem
L’invention vise à résoudre les inconvénients relevés dans l’état de la technique. En particulier, l'invention vise à proposer une conception de roue et son procédé de fabrication, qui permettent une fabrication plus aisée et qui rendent la roue apte à occuper une zone de la turbomachine où un flux d'air est scindé sans affecter le rendement de la turbomachine.The invention aims to solve the drawbacks identified in the state of the art. In particular, the invention aims to propose a wheel design and its method of manufacture, which allow easier manufacture and which make the wheel suitable for occupying a zone of the turbomachine where an air flow is split without affecting the efficiency. of the turbomachine.
Solution techniqueTechnical solution
L’invention a trait à un procédé de fabrication d’une roue mobile de compresseur de turbomachine, le procédé comprenant : la fabrication d’une pluralité de premières aubes, dites internes ; la fabrication d’une pluralité de secondes aubes, dites externes ; la fabrication d’un disque ; la fabrication d’un anneau comprenant un bord d'attaque, un bord de fuite, une surface radiale interne et une surface radiale externe, lesdites surfaces s'étendant du bord d’attaque au bord de fuite ; la fixation des aubes internes au disque ; la fixation de l'anneau aux aubes internes; et la fixation des aubes externes à l'anneau.The invention relates to a method for manufacturing a turbine engine compressor impeller, the method comprising: the manufacture of a plurality of first blades, called internal blades; the manufacture of a plurality of second blades, called external; making a record; manufacturing a ring comprising a leading edge, a trailing edge, an inner radial surface and an outer radial surface, said surfaces extending from the leading edge to the trailing edge; attaching the inner vanes to the disc; attaching the ring to the inner vanes; and attaching the outer vanes to the ring.
Les étapes de fabrication et de fixation peuvent être réalisées selon différentes séquences, toutes permettant un gain d’efficacité lors de la fabrication. La fixation de certaines aubes au disque ou à l’anneau peut débuter alors que la fabrication de certaines autres aubes n’a pas encore été effectuée. La géométrie de l’anneau facilite son montage et favorise la séparation d’un flux en deux flux sans affecter négativement le rendement du moteur.The manufacturing and fixing steps can be carried out in different sequences, all of which increase manufacturing efficiency. The attachment of certain blades to the disc or to the ring may begin while the manufacture of certain other blades has not yet been carried out. The geometry of the ring facilitates its assembly and promotes the separation of one flow into two flows without negatively affecting the efficiency of the motor.
Selon un mode avantageux de l'invention, les opérations de fixation sont réalisées dans l’ordre suivant: la fixation des aubes externes à l'anneau ; la fixation de l'anneau aux aubes internes ; et la fixation des aubes internes au disque.According to an advantageous embodiment of the invention, the fixing operations are carried out in the following order: the fixing of the outer vanes to the ring; attaching the ring to the inner vanes; and attaching the inner vanes to the disc.
Selon un mode avantageux de l'invention, les opérations de fixation sont réalisées dans l’ordre suivant: la fixation des aubes internes au disque ; la fixation de l'anneau aux aubes internes ; et la fixation des aubes externes à l'anneau.According to an advantageous embodiment of the invention, the fixing operations are carried out in the following order: the fixing of the internal blades to the disc; attaching the ring to the inner vanes; and attaching the outer vanes to the ring.
Selon un mode avantageux de l'invention, les aubes internes sont fixées au disque par friction orbitale, l'anneau est fixé aux aubes internes par soudage par faisceau d'électrons ou par friction inertielle, et les aubes externes sont fixées à l'anneau par friction orbitale.According to an advantageous mode of the invention, the internal vanes are fixed to the disk by orbital friction, the ring is fixed to the internal vanes by welding by electron beam or by inertial friction, and the external vanes are fixed to the ring by orbital friction.
Selon un mode avantageux de l'invention, les opérations de fixation sont réalisées dans l’ordre suivant : la fixation des aubes internes au disque ; la fixation des aubes externes à l’anneau ; et la fixation de l'anneau aux aubes internes.According to an advantageous embodiment of the invention, the fixing operations are carried out in the following order: the fixing of the internal blades to the disc; attaching the outer vanes to the ring; and attaching the ring to the inner vanes.
Selon un mode avantageux de l'invention, la fixation entre les aubes et le disque ou l'anneau est réalisée par des encoches, des rainures, des queues d’arondes ou des éléments de visserie. Des rainures ou encoches peuvent équiper chaque aube pour pré-maintenir l'anneau pendant sa fixation. Elles rendent ainsi l’assemblage plus aisé et potentiellement plus précis. La forme de la rainure ou de lencoche peut être telle que l'anneau soit positionné de façon à pré-guider le flux selon une direction avantageuse pour sa séparation (par exemple une inclinaison radialement vers l'extérieur d'amont vers l’aval).According to an advantageous embodiment of the invention, the attachment between the blades and the disc or the ring is made by notches, grooves, dovetails or screw elements. Grooves or notches can be fitted to each blade to pre-hold the ring during its attachment. They thus make assembly easier and potentially more precise. The shape of the groove or notch can be such that the ring is positioned so as to pre-guide the flow in a direction advantageous for its separation (for example a radially outward inclination from upstream to downstream) .
Selon un mode avantageux de l'invention, un anneau extérieur peut être fixé, préférentiellement par soudage, aux extrémités radiales externes des aubes externes. Cet anneau externe permet de réduire les pertes aérodynamiques à l'interface entre la tête des aubes rotoriques et le stator.According to an advantageous mode of the invention, an outer ring can be fixed, preferably by welding, to the outer radial ends of the outer blades. This outer ring makes it possible to reduce aerodynamic losses at the interface between the tip of the rotor blades and the stator.
Selon un mode avantageux de l'invention, l'anneau peut être complet (360°) ou être formé de plusieurs sections d’anneau, assemblées entre elles avant leur fixation aux aubes internes ou externes. Alternativement les aubes peuvent être assemblées aux sections d'anneau avant que celles-ci ne soient assemblées entre elles.According to an advantageous mode of the invention, the ring can be complete (360°) or be formed of several ring sections, assembled together before their attachment to the internal or external blades. Alternatively the blades can be assembled to the ring sections before these are assembled together.
Selon un mode avantageux de l'invention, les étapes de fabrication et de fixation sont réitérées pour former trois rangées annulaires concentriques d’aubes ou plus, séparées deux à deux par un anneau.According to an advantageous embodiment of the invention, the manufacturing and fixing steps are repeated to form three or more concentric annular rows of blades, separated two by two by a ring.
L’invention a également trait à une roue mobile de turbomachine préférentiellement obtenue par le procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, la roue comprenant: un disque, une pluralité d'aubes internes s'étendant radialement extérieurement depuis le disque, un anneau fixé aux aubes internes, et une pluralité d’aubes externes s'étendant radialement extérieurement depuis l'anneau, l'anneau comprenant un bord d'attaque, un bord de fuite, une surface radiale interne et une surface radiale externe, lesdites surfaces s'étendant du bord d'attaque au bord de fuite.The invention also relates to a mobile turbine engine wheel preferably obtained by the manufacturing method according to one of the preceding claims, the wheel comprising: a disc, a plurality of internal blades extending radially outwardly from the disc, a ring attached to the inner vanes, and a plurality of outer vanes extending radially outward from the ring, the ring comprising a leading edge, a trailing edge, an inner radial surface and an outer radial surface, said surfaces extending from the leading edge to the trailing edge.
On retrouve le procédé de fabrication sur la roue car on peut notamment observer, au besoin par micrographie, les soudures ou autres moyens de fixation.We find the manufacturing process on the wheel because we can in particular observe, if necessary by micrography, the welds or other fastening means.
Selon un mode avantageux de l'invention, chaque aube externe s'étend radialement dans le prolongement d'une aube interne et/ou une aube externe s’étend radialement dans le prolongement de chaque aube interne. Dans un tel exemple, le nombre d’aubes internes peut différer ou non du nombre d’aubes externes. Chaque aube interne s'étend dans une continuité radiale en une aube externe, et/ou chaque aube externe s'étend dans une continuité radiale en une aube interne. Cette continuité se caractérise par une dérivabilité radialement au niveau de l’anneau, de la surface géométrique formée par deux aubes de même position angulaire.According to an advantageous embodiment of the invention, each outer vane extends radially in the extension of an inner vane and/or an outer vane extends radially in the extension of each inner vane. In such an example, the number of inner vanes may or may not differ from the number of outer vanes. Each inner vane extends in radial continuity into an outer vane, and/or each outer vane extends in radial continuity into an inner vane. This continuity is characterized by a radial differentiability at the level of the ring, of the geometric surface formed by two blades of the same angular position.
Selon un mode avantageux de l’invention, le nombre d’aubes internes est différent du nombre d’aubes externes. Les flux respectifs que propulsent les deux pluralités d'aubes peuvent donc être portés à des vitesses (valeur ou orientation) ou des pressions différentes. Par exemple, les aubes externes peuvent comprendre plus d'aubes que les aubes internes. La différence en nombre d’aubes internes et externes, et leurs positions angulaires peuvent être telles que certaines aubes externes sont dans la continuité des aubes internes.According to an advantageous mode of the invention, the number of internal blades is different from the number of external blades. The respective flows propelled by the two pluralities of blades can therefore be brought to different speeds (value or orientation) or pressures. For example, the outer vanes may include more vanes than the inner vanes. The difference in the number of internal and external blades, and their angular positions can be such that certain external blades are in the continuity of the internal blades.
Selon un mode avantageux de l'invention, les aubes internes et les aubes externes ont chacune des bords d'attaque et de fuite respectifs, et le bord d'attaque de chaque aube interne à sa jointure avec l’anneau est décalé circonférentiellement par rapport au bord d'attaque de chaque aube externe à sa jointure avec l’anneau, et/ou le bord de fuite de chaque aube interne à sa jointure avec l’anneau est décalé circonférentiellement par rapport au bord de fuite de chaque aube externe à sa jointure avec l’anneau. Ainsi, les aubes externes peuvent avoir une géométrie, une cambrure, un angle d’entrée ou de sortie différents des aubes internes pour imprimer une propulsion différente au flux que les aubes externes « voient » en comparaison de celui que les aubes internes « voient ».According to an advantageous embodiment of the invention, the inner vanes and the outer vanes each have respective leading and trailing edges, and the leading edge of each inner vane at its joint with the ring is offset circumferentially with respect to at the leading edge of each outer vane at its junction with the ring, and/or the trailing edge of each inner vane at its junction with the ring is offset circumferentially with respect to the trailing edge of each outer vane at its joining with the ring. Thus, the outer vanes can have a different geometry, camber, entry or exit angle from the inner vanes to impart a different propulsion to the flow that the outer vanes "see" compared to that which the inner vanes "see". .
Selon un mode avantageux de l'invention, la roue comprend des aubes auxiliaires s’étendant radialement intérieurement et/ou extérieurement depuis l’anneau, les aubes auxiliaires ayant une hauteur radiale inférieure ou égale à celle des aubes internes et/ou externes, et/ou les aubes auxiliaires ayant une longueur axiale inférieure ou égale à celle des aubes internes et/ou externes.According to an advantageous embodiment of the invention, the wheel comprises auxiliary vanes extending radially internally and/or externally from the ring, the auxiliary vanes having a radial height less than or equal to that of the internal and/or external vanes, and / or the auxiliary vanes having an axial length less than or equal to that of the inner and/or outer vanes.
Ces aubes auxiliaires permettent d’agir indépendamment sur un des deux flux aval, optimisant ainsi le rendement de la turbomachine en comprimant ou accélérant l’un des flux plus que l’autre. Les aubes auxiliaires peuvent être mises en position et fixées avant ou après que l'anneau ne soit / a été fixé aux aubes. 5 Les aubes auxiliaires peuvent avoir une hauteur radiale et/ou une longueur axiale d'environ la moitié de celles des aubes externes et/ou internes.These auxiliary vanes make it possible to act independently on one of the two downstream flows, thus optimizing the efficiency of the turbomachine by compressing or accelerating one of the flows more than the other. Auxiliary vanes can be moved into position and attached before or after the ring is/has been attached to the vanes. The auxiliary vanes may have a radial height and/or an axial length of about half that of the outer and/or inner vanes.
Dans une variante avec un anneau externe, les aubes auxiliaires peuvent s'étendre radialement intérieurement depuis cet anneau externe.In a variant with an outer ring, the auxiliary vanes can extend radially internally from this outer ring.
Selon un mode avantageux de l’invention, l'anneau est essentiellement formé de matériau composite et est muni d'inserts métalliques soudés aux aubes internes et/ou externes. Ce gain de poids pour un élément tournant permet encore de gagner en rendement. Alternativement, tous les éléments de la roue mobile sont métalliques.According to an advantageous embodiment of the invention, the ring is essentially formed of composite material and is provided with metal inserts welded to the internal and/or external vanes. This weight gain for a rotating element further improves efficiency. Alternatively, all the elements of the moving wheel are metallic.
Selon un mode avantageux de l'invention, l'anneau présente des irrégularités sur sa surface radialement extérieure et/ou sur sa surface radialement intérieure, les irrégularités étant notamment du type contouring tridimensionnel. Ces irrégularités sont des bosses et/ou des creux, dont la hauteur ou profondeur sont d’un ordre de grandeur très faible par rapport aux dimensions de l'anneau. Ces irrégularités améliorent encore le guidage du flux et donc le rendement de la turbomachine.According to an advantageous embodiment of the invention, the ring has irregularities on its radially outer surface and/or on its radially inner surface, the irregularities being in particular of the three-dimensional contouring type. These irregularities are bumps and/or hollows, the height or depth of which are of a very low order of magnitude compared to the dimensions of the ring. These irregularities further improve the guiding of the flow and therefore the efficiency of the turbomachine.
L'invention porte également sur une turbomachine comprenant : un bec de séparation scindant un flux d’air d’entrée en un flux annulaire primaire et un flux annulaire secondaire ; et une roue mobile agencée directement en amont du bec de séparation ; la turbomachine étant remarquable en ce que la roue mobile comprend une rangée annulaire d’aubes internes et une rangée annulaire d’aubes externes, et un anneau séparant radialement les aubes internes des aubes externes.The invention also relates to a turbomachine comprising: a splitter nozzle splitting an inlet air flow into a primary annular flow and a secondary annular flow; and a movable wheel arranged directly upstream of the separation spout; the turbomachine being remarkable in that the moving wheel comprises an annular row of internal blades and an annular row of external blades, and a ring radially separating the internal blades from the external blades.
Le bec de séparation peut avoir une arête circulaire formant son extrémité amont, arrondie ou non. De l’arête circulaire s’étend une surface externe, de guidage interne du flux secondaire, et une surface interne, de guidage externe du flux — primaire.The separation spout can have a circular edge forming its upstream end, rounded or not. From the circular edge extends an external surface, for internal guiding of the secondary flow, and an internal surface, for external guiding of the flow - primary.
Le flux est ainsi pré-guidé par l'anneau avant d’être scindé en deux flux. Ce pré- guidage réduit les risques de turbulences ou de décollement du flux et permet une amélioration du rendement de la turbomachine.The stream is thus pre-guided by the ring before being split into two streams. This pre-guiding reduces the risks of turbulence or separation of the flow and allows an improvement in the efficiency of the turbomachine.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, au voisinage du bec de séparation, le flux primaire et le flux secondaire s’écoulent selon deux directions principales d’écoulement respectives, définissant respectivement un angle primaire et un angle secondaire, par rapport à l’axe de rotation de la roue, et le bord de fuite de l'anneau guide le flux d'entrée selon un angle de fuite qui est compris entre l’angle primaire et l’angle secondaire. Un compromis est ainsi trouvé pour limiter les pertes lorsque les deux flux en aval du bec de séparation sont très divergents. Cette orientation de l’anneau offre également une flexibilité pour la conception des veines en aval de la roue, permettant notamment un col de cygne abrupt en sortie d’un compresseur, et donc un taux de compression important et un meilleur rendement.According to an advantageous embodiment of the invention, in the vicinity of the separation nozzle, the primary flow and the secondary flow flow along two respective main directions of flow, respectively defining a primary angle and a secondary angle, with respect to the axis of rotation of the wheel, and the trailing edge of the ring guides the inflow according to a trailing angle which is between the primary angle and the secondary angle. A compromise is thus found to limit losses when the two flows downstream of the separation spout are very divergent. This orientation of the ring also offers flexibility for the design of the veins downstream of the wheel, allowing in particular a steep gooseneck at the outlet of a compressor, and therefore a high compression ratio and better efficiency.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, le profil transversal de l'anneau présente une cambrure et/ou un point d’inflexion. Alternativement, le profil peut être rectiligne, présentant un angle constant depuis l’angle d’entrée au niveau du bord d’attaque à l’angle de sortie au niveau du bord de fuite. Selon la géométrie des veines des flux primaire et secondaire, l'une ou l’autre conception est plus ou moins avantageuse. Notamment, une cambrure permet de conduire un plus grand volume d'air vers l’un ou l’autre des flux aval.According to an advantageous embodiment of the invention, the transverse profile of the ring has a camber and/or an inflection point. Alternatively, the profile can be straight, presenting a constant angle from the entry angle at the leading edge to the exit angle at the trailing edge. Depending on the geometry of the primary and secondary flow veins, one or the other design is more or less advantageous. In particular, a camber makes it possible to conduct a greater volume of air towards one or the other of the downstream flows.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, la turbomachine comprend une roue avec deux anneaux ou plus, pour scinder un ou plusieurs flux en un nombre de flux encore plus grand.According to an advantageous embodiment of the invention, the turbomachine comprises a wheel with two or more rings, to split one or more streams into an even greater number of streams.
Avantages de l'inventionAdvantages of the invention
L'invention est particulièrement avantageuse en ce qu’elle permet de proposer une roue mobile adaptée à une zone de la turbomachine où un flux est scindé en deux flux (ou plus) tout en limitant les effets sur le rendement du moteur et en offrant une fabrication moins complexe que les roues connues.The invention is particularly advantageous in that it makes it possible to propose a moving wheel adapted to a zone of the turbomachine where a flow is split into two flows (or more) while limiting the effects on the efficiency of the engine and offering a less complex manufacturing than the known wheels.
Un avantage additionnel que constitue la présence d’un anneau est la protection des veines aval en cas d'ingestion d'objets étrangers dans le moteur.An additional advantage of the presence of a ring is the protection of the downstream veins in the event of ingestion of foreign objects into the engine.
Le pré-guidage des flux permet également une plus grande liberté dans la trajectoire des veines en aval et notamment un col de cygne plus abrupt, car le flux qui entre dans le col de cygne peut être pré-guidé et présenter moins de risques de décollement.The pre-guiding of the flows also allows greater freedom in the trajectory of the downstream veins and in particular a more abrupt gooseneck, because the flow which enters the gooseneck can be pre-guided and present less risk of detachment .
Ensuite, le flux secondaire (respectivement primaire) peut être « énergisé », c’est- à-dire accéléré et/ou comprimé d’avantage que le flux primaire (resp. secondaire).Then, the secondary flow (respectively primary) can be “energized”, i.e. accelerated and/or compressed more than the primary flow (resp. secondary).
Description des dessinsDescription of the drawings
La figure 1 est une vue en coupe d’une turbomachine ;Figure 1 is a sectional view of a turbomachine;
La figure 2 illustre la séparation d’un flux ;Figure 2 illustrates the separation of a stream;
Les figures 3 et 4 représentent une vue isométrique d’une roue mobile selon deux modes de réalisation de l’invention ;Figures 3 and 4 represent an isometric view of a mobile wheel according to two embodiments of the invention;
Les figures SA et 5B illustrent un troisième exemple ;Figures SA and 5B illustrate a third example;
Les figures 6 et 7 montrent schématiquement deux variantes du procédé de fabrication selon l'invention.Figures 6 and 7 schematically show two variants of the manufacturing method according to the invention.
Description d’un mode de réalisationDescription of an embodiment
Dans la description qui va suivre, les termes « interne » et « externe » renvoient à un positionnement par rapport à l'axe de rotation d'une turbomachine. La direction axiale correspond à la direction le long de l'axe de rotation de la turbomachine. La direction radiale est perpendiculaire à l'axe de rotation. L'amont et l'aval sont à considérer en référence au sens d'écoulement d’un flux dans la turbomachine.In the following description, the terms “internal” and “external” refer to positioning relative to the axis of rotation of a turbomachine. The axial direction corresponds to the direction along the axis of rotation of the turbomachine. The radial direction is perpendicular to the axis of rotation. Upstream and downstream are to be considered with reference to the flow direction of a flow in the turbomachine.
Les figures montrent les éléments de manière schématique et ne sont pas représentées à l’échelle. En particulier, certaines dimensions sont agrandies pour faciliter la lecture des figures.The figures show the elements schematically and are not drawn to scale. In particular, certain dimensions are enlarged to facilitate reading of the figures.
La figure 1 montre une vue en coupe schématique d’une turbomachine 1. Un carter intérieur 2 guide un flux primaire F1 qui parcourt successivement des compresseurs 4 (basse et haute pression), une chambre de combustion 6 et des turbines 8 (haute et basse pression), avant de s'échapper par une tuyère 10. L'énergie de la combustion entraîne les turbines 8 en rotation. Les turbines 8 entraînent les compresseurs 4, directement par le biais d'arbres de transmission, ou indirectement au moyen de réducteurs.Figure 1 shows a schematic sectional view of a turbomachine 1. An inner casing 2 guides a primary flow F1 which successively passes through compressors 4 (low and high pressure), a combustion chamber 6 and turbines 8 (high and low pressure), before escaping through a nozzle 10. The combustion energy drives the turbines 8 in rotation. The turbines 8 drive the compressors 4, directly by means of transmission shafts, or indirectly by means of reducers.
Les turbines 8 entraînent également en rotation un rotor 12 avec des pales de soufflante 14 qui mettent en mouvement un flux secondaire F2. L'essentiel de la poussée de la turbomachine est généré par la propulsion du flux F2 par le rotor 12, qui est dit « propulsif ». Le flux primaire F1 est utilisé comme comburant pour assurer la rotation des turbines et du rotor 12.The turbines 8 also rotate a rotor 12 with fan blades 14 which set in motion a secondary flow F2. Most of the thrust of the turbomachine is generated by the propulsion of the flow F2 by the rotor 12, which is said to be “propulsive”. The primary flow F1 is used as an oxidizer to ensure the rotation of the turbines and the rotor 12.
Un carénage 16 et une nacelle 18 délimitent un passage 34 qui est parcouru par le flux secondaire F2.A fairing 16 and a nacelle 18 delimit a passage 34 which is traversed by the secondary flow F2.
Des bras structuraux 20 reprennent les efforts entre la nacelle 18 et le carter moteur 2.Structural arms 20 take up the forces between the nacelle 18 and the engine casing 2.
Une rangée annulaire d’aubes statoriques 22 (« outlet guide vanes », OGV) peut être agencée en aval du rotor 12 pour redresser le flux F2.An annular row of stator vanes 22 (“outlet guide vanes”, OGV) can be arranged downstream of the rotor 12 to straighten the flow F2.
Un réducteur 23 peut également grandement diminuer la vitesse de rotation (entre les turbines 8 et les pales 14).A reducer 23 can also greatly reduce the speed of rotation (between the turbines 8 and the blades 14).
La turbomachine 1 présente un bec de séparation 36 pour séparer le flux d’air F en deux flux annulaires.The turbomachine 1 has a separation nozzle 36 to separate the air flow F into two annular flows.
La figure 2 montre schématiquement la séparation d’un flux en deux flux annulaires.Figure 2 schematically shows the separation of a flow into two annular flows.
Un flux d'entrée F est scindé en un flux primaire F1 et en un flux secondaire F2. Les flux primaire F1 et secondaire F2 s’écoulent respectivement dans une veine annulaire 32, 34. Ces flux peuvent correspondre aux flux primaire et secondaire de la figure 1 ou à d'autres flux séparés l’un de l’autre dans la turbomachine.An input stream F is split into a primary stream F1 and into a secondary stream F2. The primary F1 and secondary F2 flows respectively flow in an annular vein 32, 34. These flows can correspond to the primary and secondary flows of FIG. 1 or to other flows separated from each other in the turbomachine.
La séparation des flux est effectuée par un bec de séparation 36 ayant une arête de forme circulaire autour de l’axe de la turbomachine X. L’arête peut être vive ou disposer d’un arrondi. Le bec de séparation 36 ou son arête circulaire définit un rayon R jusqu’à l’axe X.The separation of the flows is carried out by a separation nozzle 36 having an edge of circular shape around the axis of the turbomachine X. The edge can be sharp or have a rounding. The separating nose 36 or its circular edge defines a radius R up to the X axis.
L’arête est agencée directement en amont d'une surface 34.1 qui guide intérieurement le flux secondaire F2 et d’une surface 32.1 qui guide extérieurement le flux primaire F1. Ces deux surfaces 32.1, 34.1 peuvent être approximativement des troncs de cônes au voisinage du bec de séparation 36. Les flux F2 et F3 ont une direction principale d’écoulement qui est orientée selon les angles ay et a» au voisinage du bec de séparation 36. L'angle ay peut être compris entre -60° et +15°.The ridge is arranged directly upstream of a surface 34.1 which internally guides the secondary flow F2 and of a surface 32.1 which externally guides the primary flow F1. These two surfaces 32.1, 34.1 can be approximately truncated cones in the vicinity of the separation spout 36. The flows F2 and F3 have a main direction of flow which is oriented according to the angles ay and a′ in the vicinity of the separation spout 36 The angle α can be between -60° and +15°.
L’angle a, peut être compris entre -15° et +60°, tout en étant naturellement supérieur à 04.The angle a, can be between -15° and +60°, while being naturally greater than 04.
Directement en amont du bec de séparation 36 se situe un ensemble tournant se présentant sous la forme d’une roue mobile 38 équipée d’une rangée annulaire d’aubes 40, dites internes, s'étendant radialement depuis un disque 41 (ou virole interne). La roue mobile 38 peut être (mais n’est pas nécessairement) le rotor 12 de la figure 1 et les aubes 40 peuvent être les pales 14. Les aubes 40 sont fixées au disque 41, par exemple par soudage. Tout type de soudage peut être envisagé (soudure par faisceau d'électron, friction orbitale, friction linéaire, TIG).Directly upstream of the separation nozzle 36 is located a rotating assembly in the form of a movable wheel 38 equipped with an annular row of blades 40, called internal, extending radially from a disc 41 (or internal shroud ). The impeller 38 may be (but need not be) the rotor 12 of Figure 1 and the blades 40 may be the blades 14. The blades 40 are fixed to the disc 41, for example by welding. Any type of welding can be envisaged (electron beam welding, orbital friction, linear friction, TIG).
Alternativement, les aubes 40 peuvent être fixées au disque 41 par queues d’aronde. Alternativement, les aubes 40 sont fabriquées simultanément au disque 41, par usinage d’un même brut ou par fabrication additive.Alternatively, the blades 40 can be fixed to the disc 41 by dovetails. Alternatively, the blades 40 are manufactured simultaneously with the disk 41, by machining the same raw material or by additive manufacturing.
Au moins un anneau 42 s’étend circonférentiellement sur 360° encerclant le disque 41. La figure 2 met en évidence le fait que l'anneau 42 comprend un bord d'attaque 42.1 et un bord de fuite 42.2. Ce dernier est situé à une hauteur radiale R qui peut notamment être compris entre 30% et 70% de la hauteur radiale de la veine 30. Les bords d'attaque et de fuite de l'anneau sont circulaires autour de l'axe X de rotation de la roue 38.At least one ring 42 extends circumferentially over 360° encircling disc 41. Figure 2 shows that ring 42 includes a leading edge 42.1 and a trailing edge 42.2. The latter is located at a radial height R which can in particular be between 30% and 70% of the radial height of the vein 30. The leading and trailing edges of the ring are circular around the axis X of rotation of the wheel 38.
L’anneau 42 peut être métallique ou être fait de matériau composite. L’anneau 42 peut être fixé par goupilles, par éléments vissés, ou soudé aux aubes internes 40.The ring 42 can be metallic or be made of composite material. The ring 42 can be fixed by pins, by screwed elements, or welded to the internal vanes 40.
Les aubes internes 40 peuvent comprendre une encoche ou une rainure pour la fixation de l'anneau 42. Le cas échéant, le soudage d’un anneau composite est rendu possible par l'intégration d’inserts métalliques dans l’anneau composite.The internal vanes 40 can comprise a notch or a groove for fixing the ring 42. If necessary, the welding of a composite ring is made possible by the integration of metal inserts in the composite ring.
L’anneau 42 présente une surface radiale interne 42.3 et une surface radiale externe 42.4, chacune s'étendant depuis le bord d'attaque 42.1 jusqu’au bord de fuite 42.2.The ring 42 has an inner radial surface 42.3 and an outer radial surface 42.4, each extending from the leading edge 42.1 to the trailing edge 42.2.
L'épaisseur radiale de l'anneau peut varier d’amont vers l’aval. Les surfaces 42.3, 42.4 peuvent être pourvues d'irrégularités aidant le guidage du flux (« contouring ») et présenter ainsi des variations d'épaisseur locales.The radial thickness of the ring can vary from upstream to downstream. The surfaces 42.3, 42.4 can be provided with irregularities helping to guide the flow (“contouring”) and thus have local thickness variations.
Le profil de l'anneau 42 peut également présenter une cambrure et/ou un point d'inflexion. L’anneau 42 peut présenter un angle de guidage amont au niveau du bord d'attaque qui est différent de l'angle aval au niveau du bord de fuite.The profile of the ring 42 can also have a camber and/or a point of inflection. The ring 42 may have an upstream guide angle at the leading edge which is different from the downstream angle at the trailing edge.
Alternativement, l’angle de guidage du flux peut être constant de l’amont à l’aval.Alternatively, the flow guiding angle can be constant from upstream to downstream.
La figure 2 met en évidence langle de fuite a qui correspond à l’orientation du flux d'entrée F au voisinage du bord de fuite 42.2 de l'anneau 42. L'anneau 42 est conçu pour que cet angle soit compris entre à, et 02.Figure 2 highlights the vanishing angle a which corresponds to the orientation of the inlet flow F in the vicinity of the trailing edge 42.2 of the ring 42. The ring 42 is designed so that this angle is between to, and 02.
Radialement extérieurement à l’anneau s'étendent des aubes externes 44. Le fluxRadially outward from the ring extend outer vanes 44. The flow
Fest donc soumis à deux zones de compression visant à présenter le flux F selon deux conditions de pression et de vitesse à l'endroit où il se sépare en deux flux F1 et F2. Les aubes internes 40 et externes 44 impriment un mouvement au flux F tel que le flux F1 et le flux F2 soient différents en pression et/ou vitesse au droit du bec de séparation 36.F is therefore subjected to two compression zones aimed at presenting the flow F according to two conditions of pressure and speed at the point where it separates into two flows F1 and F2. The internal 40 and external 44 vanes impart a movement to the flow F such that the flow F1 and the flow F2 are different in pressure and/or speed at the right of the separation nozzle 36.
Lafigure 3 montre une vue isométrique de la roue mobile 38 avec ses aubes 40 et 44, le disque 41 et l’anneau 42. Cette figure met en évidence les bords d'attaque 40.1, 44.1 et de fuite 40.2, 44.2 des aubes 40, 44.Lafigure 3 shows an isometric view of the impeller 38 with its blades 40 and 44, the disc 41 and the ring 42. This figure highlights the leading edges 40.1, 44.1 and trailing 40.2, 44.2 of the blades 40, 44.
Dans cet exemple, les aubes externes 44 se présentent dans la continuité des aubes 40, c’est-à-dire qu’une aube 44 forme avec une aube 40 un profilé semblable àcelui que décrirait une aube unique s'étendant radialement sur toute la hauteur de la veine 30. Les bords d'attaque 40.1, 44.1, les bords de fuite 40.2, 44.2, ainsi que les extrados et intrados des aubes 40 et 44 forment des lignes et surfaces géométriquement continue (et dérivable, sans points anguleux au niveau de l'anneau 42).In this example, the external vanes 44 are presented in the continuity of the vanes 40, that is to say that a vane 44 forms with a vane 40 a profile similar to that described by a single vane extending radially over the entire height of the vein 30. The leading edges 40.1, 44.1, the trailing edges 40.2, 44.2, as well as the extrados and intrados of the blades 40 and 44 form geometrically continuous lines and surfaces (and differentiable, without angular points at the level of the ring 42).
Lafigure 4 montre une alternative à la roue 38 de la figure 3, dans laquelle les aubes externes 44 sont deux fois plus nombreuses que les aubes internes 40. Il y a ainsi exactement une aube externe 44 sur deux qui se présente dans la continuité radiale d'une aube interne 40. D'autres configurations sont naturellement possibles avec d'autres ratios de nombre d’aubes, et/ou avec plus d’aubes internes 40 que d'aubes externes 44. Lorsque les nombres d’aubes internes 40 et externes 44 ne sont pas un multiple l’un de l’autre, un nombre limité d’aubes internes et externes sont dans la continuité les unes des autres, voire aucune.Figure 4 shows an alternative to the wheel 38 of Figure 3, in which the outer vanes 44 are twice as numerous as the inner vanes 40. There is thus exactly one outer vane 44 out of two which is in the radial continuity of an internal blade 40. Other configurations are naturally possible with other ratios of number of blades, and/or with more internal blades 40 than external blades 44. When the numbers of internal blades 40 and external 44 are not a multiple of each other, a limited number of internal and external blades are in continuity with each other, or even none.
Les figures SA et 5B montrent une variante dans laquelle les aubes internes 40 et les aubes externes 44 sont de même nombre mais ne se présentent pas dans la continuité les unes des autres. Cela peut se traduire par une discontinuité du profil entre les aubes internes 40 et externes 44 au niveau de l'anneau 42. La discontinuité peut être matérialisée par exemple par un décalage circonférentiel du bord d'attaque et/ou du bord de fuite des aubes 40, 44 ; et/ou par un décalage des intrados ou extrados des aubes respective au niveau de l'anneau ; et/ou par des angles d'entrée et/ou de sortie différents. La surface périphérique (bord d’attaque et de fuite, intrados et extrados) d’une aube interne 40, et celle d’une aube externe 44 ne forment pas ensemble une surface continue et dérivable au niveau de l'anneau.Figures SA and 5B show a variant in which the internal vanes 40 and the external vanes 44 are of the same number but do not present themselves in continuity with each other. This can result in a discontinuity in the profile between the inner 40 and outer 44 blades at the level of the ring 42. The discontinuity can be materialized for example by a circumferential offset of the leading edge and/or the trailing edge of the blades. 40, 44; and/or by shifting the intrados or extrados of the respective blades at the level of the ring; and/or by different entry and/or exit angles. The peripheral surface (leading and trailing edge, intrados and extrados) of an inner blade 40, and that of an outer blade 44 do not together form a continuous and differentiable surface at the level of the ring.
La figure 5B montre un tel décalage, noté A, entre les bords d'attaque 40.1 des aubes internes 40 et ceux 44.1 des aubes externes 44.FIG. 5B shows such an offset, denoted A, between the leading edges 40.1 of the internal blades 40 and those 44.1 of the external blades 44.
Il est entendu que le nombre d’aubes internes 40 peut différer du nombre d’aubes externes 44 dans ce mode de réalisation également.It is understood that the number of inner vanes 40 may differ from the number of outer vanes 44 in this embodiment as well.
La figure 6 montre un mode de réalisation où des aubes auxiliaires 46 sont intercalées entre deux aubes externes 44 circonférentiellement adjacentes. Les aubes auxiliaires 46 sont portées et fixées à l’anneau 42. Elles peuvent alternativement s'étendre radialement depuis l'anneau 42 vers l’intérieur.FIG. 6 shows an embodiment where auxiliary vanes 46 are inserted between two outer vanes 44 circumferentially adjacent. The auxiliary vanes 46 are carried and fixed to the ring 42. They can alternatively extend radially from the ring 42 inwards.
Les aubes auxiliaires 46 peuvent avoir une hauteur d’au moins 15%, et notamment environ un quart de la hauteur des aubes internes 40 ou externes 44.The auxiliary vanes 46 can have a height of at least 15%, and in particular about a quarter of the height of the internal 40 or external 44 vanes.
Alternativement, les aubes auxiliaires 46 peuvent recouvrir toute la distance entre l'anneau 42 et le disque 41, ou toute la hauteur entre l’anneau 42 et la tête des aubes 44. Quant à leur dimension axiale, les aubes auxiliaires 46 peuvent s'étendre entre 50 et 100% de la longueur axiale des aubes 40 ou 44.Alternatively, the auxiliary vanes 46 can cover the entire distance between the ring 42 and the disk 41, or the entire height between the ring 42 and the tip of the vanes 44. As to their axial dimension, the auxiliary vanes 46 can be extend between 50 and 100% of the axial length of the blades 40 or 44.
Dans l'exemple illustré, les aubes auxiliaires 46 sont au nombre de « une » par espace inter-aubes et s'étendent radialement extérieurement depuis l’anneau 42. II est entendu que le nombre d’aubes auxiliaires portées par l’anneau 42 et leurs orientations (extérieure et/ou intérieur) peuvent être choisies en fonction de la compression ou de la vitesse à imprimer indépendamment aux flux primaire ou secondaire. Par exemple, une aube auxiliaire 46 peut être dirigée vers l’intérieur, et deux aubes auxiliaires 46 peuvent être dirigées vers l'extérieur, l'aube intérieure étant circonférentiellement située à mi-distance entre les aubes extérieures.In the example illustrated, the auxiliary vanes 46 are “one” in number per inter-vane space and extend radially outward from the ring 42. It is understood that the number of auxiliary vanes carried by the ring 42 and their orientations (exterior and/or interior) can be chosen according to the compression or the speed to be printed independently to the primary or secondary streams. For example, one auxiliary vane 46 may point inward, and two auxiliary vanes 46 may point outward, with the inner vane circumferentially located midway between the outer vanes.
L’invention porte non seulement sur la roue 38 et la turbomachine 1 mais également sur le procédé de fabrication de la roue 38. Celui-ci comprend essentiellement la fabrication des divers éléments qui la composent (aubes 40, disque 41, anneau 42, aubes 44) et la fixation des éléments entre eux.The invention relates not only to the wheel 38 and the turbine engine 1 but also to the method of manufacturing the wheel 38. This essentially comprises the manufacture of the various elements that compose it (blades 40, disc 41, ring 42, blades 44) and fixing the elements together.
Les figures 7 et 8 illustrent deux exemples de procédés de fabrication.Figures 7 and 8 illustrate two examples of manufacturing methods.
Sur la figure 7, les aubes externes 44 sont fixées à l'anneau 42 dans un premier temps, puis les têtes des aubes internes 40 sont fixées à l'anneau 42, et enfin le disque 41 est fixé aux aubes internes 40 (à leurs pieds).In FIG. 7, the outer vanes 44 are fixed to the ring 42 first, then the heads of the inner vanes 40 are fixed to the ring 42, and finally the disc 41 is fixed to the inner vanes 40 (at their feet).
Dans l'alternative de la figure 8, les aubes internes 40 sont d’abord fixées au disque 41, puis l'anneau 42 est fixé aux aubes internes 40, et enfin les aubes externes 44 sont fixées à l’anneau 42.In the alternative of Figure 8, the inner vanes 40 are first attached to the disc 41, then the ring 42 is attached to the inner vanes 40, and finally the outer vanes 44 are attached to the ring 42.
La fabrication peut être réalisée par des techniques appropriées (usinage, électroérosion, fabrication additive, etc.).Manufacturing can be carried out by appropriate techniques (machining, spark erosion, additive manufacturing, etc.).
La fixation des éléments entre eux peut être faite selon toute séquence possible, y compris le chevauchement de la fixation de certaines des aubes 40/44 au disque ou à l'anneau 42 simultanément ou en chevauchement temporel avec une étape de fabrication ou de fixation d’autres éléments de la roue 38.The fixing of the elements to each other can be done according to any possible sequence, including the overlapping of the fixing of some of the blades 40/44 to the disc or to the ring 42 simultaneously or in temporal overlap with a step of manufacture or fixing of other elements of the wheel 38.
Dans un mode de réalisation, l’anneau 42 est formé de plusieurs sections d'anneau qui une fois assemblées entre elles, forment l’anneau 42. L'assemblage des sections d’anneau peut précéder la fixation des aubes 40 ou 44, ou des aubes 40/44 peuvent être fixées à des sections d’anneau avant que celles-ci ne soient fixées ensemble.In one embodiment, the ring 42 is formed of several ring sections which, once assembled together, form the ring 42. The assembly of the ring sections can precede the attachment of the blades 40 or 44, or vanes 40/44 can be attached to ring sections before these are attached together.
Les différentes étapes de fixation de l'anneau 42 ou de ses sections peuvent être effectuées avant que les aubes 40 ne soient fixées au disque, ou après.The various steps for attaching the ring 42 or its sections can be performed before the vanes 40 are attached to the disk, or after.
Aussi, la fixation de l'anneau ou de ses sections aux aubes externes 44 peut être faite simultanément (ou en chevauchement temporel) à la fixation des aubes 40 au disque 41.Also, the attachment of the ring or its sections to the outer vanes 44 can be made simultaneously (or in time overlap) with the attachment of the vanes 40 to the disc 41.
De la même manière, les aubes auxiliaires 46 peuvent être fixées à l’anneau 42 ou à ses sections, avant que l'anneau 42 ne soit fixé aux aubes 40 et/ou 44, ou après.Similarly, auxiliary vanes 46 may be attached to ring 42 or sections thereof, before ring 42 is attached to vanes 40 and/or 44, or after.
Dans un mode de réalisation non illustré, un anneau externe peut relier les têtes des aubes externes 44 et peut éventuellement disposer d'irrégularités (« contouring ») sur surface interne et/ou sur sa surface externe.In an embodiment not illustrated, an outer ring can connect the heads of the outer blades 44 and can optionally have irregularities (“contouring”) on the inner surface and/or on its outer surface.
L’invention est décrite en rapport avec une architecture de moteur telle que celle qui est illustrée en figure 1 mais l'invention ne se limite pas à cette architecture.The invention is described in relation to an engine architecture such as that which is illustrated in FIG. 1 but the invention is not limited to this architecture.
L'homme du métier comprendra que l'invention peut être appliquée à tout rotor qui précède un bec de séparation d’un flux, quel que soit le bec dont il est question.A person skilled in the art will understand that the invention can be applied to any rotor which precedes a nozzle for separating a stream, regardless of the nozzle in question.
Chaque caractéristique technique de chaque exemple illustré est applicable aux autres exemples. Notamment, le nombre d’aubes, le nombre d'anneaux ou de sections d'anneau, leur agencement, leur profil transversal, leur longueur, leur cambrure, leur forme, etc., peuvent être tirés d'un mode de réalisation et être appliqué à un autre.Each technical characteristic of each illustrated example is applicable to the other examples. In particular, the number of blades, the number of rings or ring sections, their arrangement, their transverse profile, their length, their camber, their shape, etc., can be taken from an embodiment and be applied to another.
Ainsi, une même roue peut comprendre des aubes dans la continuité l’une de l’autre (du type de la figure 3) et des aubes ne présentant pas de continuité (du type de la figure 4 ou 5).Thus, the same wheel can include blades in continuity with each other (of the type in Figure 3) and blades that do not have continuity (of the type in Figure 4 or 5).
Aussi plusieurs éléments de fixation distincts peuvent être prévus entre un même anneau 42 et certaines des aubes 40 et/ou 44. Par exemple, plusieurs technologies de soudages peuvent être employées sur une même roue et/ou être combinées à différents moyens de fixation (encoche, rainure, queue d’'aronde, visserie).Also several distinct fixing elements can be provided between the same ring 42 and some of the blades 40 and/or 44. For example, several welding technologies can be used on the same wheel and/or be combined with different fixing means (notch , groove, dovetail, screws).
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FG | Patent granted |
Effective date: 20230717 |