FR2522363A1 - GAS TURBINE ENGINE STATOR FIN ASSEMBLY - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN ENSEMBLE D'AILETTES DE STATOR. SELON L'INVENTION, IL COMPREND UN AGENCEMENT ALTERNE D'AILETTES PRIMAIRES 20 ET SECONDAIRES 21; CHAQUE AILETTE PRIMAIRE 20 A UNE PARTIE QUI S'ETEND DE SON BORD MENANT 24 JUSQU'A UNE POSITION A MI-CORDE 25 QUI EST CONFIGUREE AFIN DE NE PAS OFFRIR DE FORCE ASCENSIONNELLE A TOUT GAZ S'Y ECOULANT; LA PARTIE RESTANTE DE CHAQUE AILETTE PRIMAIRE 20 EST CONFIGUREE DE FACON A PRODUIRE UNE FORCE ASCENSIONNELLE; L'AGENCEMENT PERMET D'AVOIR DES AILETTES PRIMAIRES DE FAIBLE RAPPORT D'ASPECT 20 QUI ONT DE FAIBLES PERTES SECONDAIRES; LA FORCE ASCENSIONNELLE SUPPLEMENTAIRE EST OBTENUE PAR LES AILETTES SECONDAIRES 21 DONT CHACUNE REPRESENTE MOINS DE LA MOITIE DE L'ETENDUE DE LA CORDE DES AILETTES PRIMAIRES 20 ET QUI SONT INTERPOSEES ENTRE LES PARTIES ASCENSIONNELLES DES AILETTES PRIMAIRES. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT AUX MOTEURS A TURBINE A GAZ.THE INVENTION RELATES TO AN ASSEMBLY OF STATOR FINS. ACCORDING TO THE INVENTION, IT INCLUDES AN ALTERNATE ARRANGEMENT OF PRIMARY 20 AND SECONDARY 21 FINS; EACH PRIMARY FIN 20 HAS A PART EXTENDING FROM ITS LEADING EDGE 24 TO A MID-ROPE POSITION 25 WHICH IS CONFIGURED SO AS NOT TO OFFER AN ASCENSIONAL FORCE TO ANY FLOWING GAS; THE REMAINING PART OF EACH PRIMARY FIN 20 IS CONFIGURED TO PRODUCE AN ASCENSIONAL FORCE; THE ARRANGEMENT ALLOWS TO HAVE LOW ASPECT RATIO PRIMARY FINS 20 WHICH HAVE LOW SECONDARY LOSSES; THE ADDITIONAL ASCENSIONAL FORCE IS OBTAINED BY THE SECONDARY FINS 21, EACH OF WHICH REPRESENTS LESS THAN HALF THE ROPE OF THE PRIMARY FINS 20 AND WHICH ARE INTERPOSED BETWEEN THE ASCENSIONAL PARTS OF THE PRIMARY FINS. THE INVENTION APPLIES IN PARTICULAR TO GAS TURBINE ENGINES.

Description

ENSEMBLE D'AILETTES DE STATOR DE MOTEURENGINE STATOR FIN ASSEMBLY

A TURBINE A GAZA GAS TURBINE

La présente invention se rapporte à un ensemble  The present invention relates to a set

d'ailettes de stator de moteur à turbine à gaz.  of gas turbine engine stator vanes.

Des ensembles d'ailettes de stator pour des moteurs à turbine à gaz et en particulier les ensembles d'ailettes de  Stator vane assemblies for gas turbine engines and in particular the vane fin assemblies

guidage de tuyère souffrent, à un degré plus au moins impor-  nozzle guidance suffer, to a greater or lesser extent

tant, de ce que l'on appelle généralement des pertes secon-  so-called secondary losses generally

daires Elles proviennent généralement de l'interaction entre la couche limite des gaz qui s'écoule à proximité des  These usually result from the interaction between the boundary layer of gases flowing near

surfaces de travail de l'ensemble d'ailettes et de l'écoule-  working surfaces of the set of fins and the

ment principal de gaz à travers l'ensemble Ainsi, les différences de vitesse et de direction d'écoulement entre la couche limite et le restant de l'écoulement de gaz ont pour résultats des tourbillons qui se forment sur les surfaces de travail de l'ensemble et ceci, à leur tour, peuvent affecter  The result is that the differences in velocity and flow direction between the boundary layer and the remainder of the gas flow result in eddies that form on the work surfaces of the gas. together and this, in turn, may affect

sérieusement l'efficacité de l'ensemble des ailettes.  seriously the efficiency of all the fins.

On sait que les pertes secondaires augmentent en gravité avec la diminution du rapport d'aspect (rapport de l'envergure à la corde) des ailettes d'un ensemble d'ailettes particulier Cependant, il est fréquemment souhaitable, pour des installations, d'avoir des ailettes ayant des rapports d'aspect bas La présente invention a pour objet un ensemble d'ailettes de stator ayant des ailettes d'un rapport d'aspect  It is known that the secondary losses increase in gravity with the decrease in the aspect ratio (span to rope ratio) of the fins of a particular set of fins. However, it is frequently desirable for installations to The present invention relates to a set of stator vanes having vanes of an aspect ratio.

bas, mais ayant des pertes secondaires réduites.  low, but with reduced secondary losses.

Selon la présente invention, un ensemble d'ailettes de stator adapté à un moteur à turbine à gaz comprend un agence-, ment annulaire d'ailettes primaires de faible rapport d'aspect, dont chacune a généralement une forme en coupe transversale de profil d'ailes, une partie de l'étendue de la corde de chacune desdites ailettes étant configurées de façon à n'offrir sensiblement aucune force ascentionnelle à du gaz s'écoulant par dessus, la partie restante de chacune desdites ailettes primaires étant configurée afin d'offrir une force ascentionnelle à tout gaz s'écoulant par dessus, les parties d'ailettes offrant une force ascentionnelle ayant des ailettes secondaires d'un rapport d'aspect élevé interposées entre elles, chacune desdites ailettes secondaires ayant une  According to the present invention, a set of stator vanes adapted to a gas turbine engine comprises an annular arrangement of primary vanes of low aspect ratio, each of which generally has a cross-sectional shape with a profile profile. wings, a portion of the chordal extent of each said fin being configured to provide substantially no upward force to gas flowing therethrough, the remaining portion of each of said primary fins being configured to providing an upward force to any gas flowing over it, the vane portions having an upward force having secondary fins of high aspect ratio interposed therebetween, each of said secondary fins having a

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coupe transversale en forme de profil d'ailes pour produire des surfaces portantes le long de la totalité de l'étendue de leur corde, qui complètent les surfaces portantes des ailettes primaires et ont une étendue de corde qui est plus simple que celle de chacune desdites ailettes primaires. La partie de chacune des ailettes primaires qui est configurée de façon à n'offrir sensiblement aucune force ascentionnelle à un gaz s'écoulant au-dessus d'elle s'étend de préférence du bord menant jusqu'à peu près mi-chemin le long de sa corde, la partie restante de chacune desdites ailettes primaires s'étendant jusqu'au bord arrière étant configurée de façon à offrir une force ascentionnelle à tout  cross-section in the form of a wing profile for producing bearing surfaces along the entire extent of their rope, which complement the bearing surfaces of the primary fins and have a rope extent that is simpler than that of each of said primary fins. The portion of each of the primary fins that is configured to provide substantially no ascending force to a gas flowing over it preferably extends from the leading edge to about halfway along of its rope, the remaining portion of each of said primary fins extending to the trailing edge being configured to provide an ascending force to any

gaz s'écoulant sur elle.gas flowing on it.

Les bords arrière des ailettes primaires et secon-  The rear edges of the primary and secondary fins

daires sont de préférence alignés les uns avec les autres.  daires are preferably aligned with each other.

L'ensemble d'ailettes de stator peut former une partie  The set of stator vanes can form a part

de la turbine d'un moteur à turbine à gaz.  of the turbine of a gas turbine engine.

L'ensemble d'ailettes de stator peut être un ensemble  The set of stator vanes can be a set

d'ailettes de guidage de tuyère.nozzle guide vanes.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention  Other features and advantages of the invention

ressortiront plus clairement à la lecture de la description  will emerge more clearly from reading the description

qui va suivre d'un exemple de réalisation, donnés à titre in-.  which will follow of an example of realization, given as inf.

dicatif mais nullement limitatif, en référence aux dessins annexés dans lequels: La figure 1 est une vue latérale en coupe d'un moteur à turbine à gaz à soufflante canalisée, o est incorporé un ensemble d'ailettes de stator selon la présente invention; La figure 2 est une vue latérale d'une partie d'un ensemble d'ailettes de stator selon la présente invention; et La figure 3 est une vue faite suivant la ligne de  dicative but not limiting, with reference to the accompanying drawings in which: Figure 1 is a sectional side view of a ducted fan gas turbine engine, o is incorporated a set of stator vanes according to the present invention; Fig. 2 is a side view of a portion of a set of stator wings according to the present invention; and Figure 3 is a view taken along the line of

coupe A-A de la figure 2.section A-A of FIG.

En se référant à la figure 1, un moteur à turbine à  Referring to FIG. 1, a turbine engine with

gaz à soufflante canalisée généralement indiqué en 10 com-  ducted fan gas generally indicated in 10

prend, en série en écoulement axial, une soufflante canalisée  takes, in series in axial flow, a ducted blower

11, un compresseur de pression intermédiaire 12, un compres-  11, an intermediate pressure compressor 12, a compressor

seur haute pression 13, un équipement de combustion 14, une  high-pressure vessel 13, combustion equipment 14, a

turbine haute pression 15, une turbine à pression intermé-  high pressure turbine 15, an intermediate pressure turbine

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diaire 16, une turbine basse pression 17 et une tuyère de propulsion 18 Le moteur à turbine à gaz 10 fonctionne à la façon conventionnelle Ainsi, l'air est comprimé par la  16, a low pressure turbine 17 and a propulsion nozzle 18 The gas turbine engine 10 operates in the conventional manner Thus, the air is compressed by the

soufflante 11, le compresseur intermédiaire 12 et le com-  blower 11, the intermediate compressor 12 and the

presseur haute pression 13, est mélangé au combustible et le mélange est brûlé dans l'équipement de combustion 14 Les produits résultants de la combustion se dilatent à travers les turbines haute pression, pression intermédiaire et basse pression 15, 16 et 17 avant échappement vers l'atmosphère par  The high-pressure press 13 is mixed with the fuel and the mixture is burned in the combustion equipment 14 The resulting combustion products expand through the high-pressure, intermediate-pressure and low-pressure turbines 15, 16 and 17 prior to exhaust to the combustion chamber. atmosphere by

la tuyère 18.the nozzle 18.

La turbine 16 à pression intermédiaire comprend un agencement annulaire d'ailettes de guidage 19 de la tuyère, qui dirige les gaz d'échappement des aubes du rotor de la turbine haute pression 15 jusqu'aux aubes du rotor de la turbine pression intermédiaire 16 L'agencement des ailettes 19 de guidage de la tuyère, que l'on peut mieux voir sur les  The intermediate pressure turbine 16 comprises an annular arrangement of guide vanes 19 of the nozzle, which directs the exhaust gases from the rotor blades of the high pressure turbine 15 to the vanes of the rotor of the intermediate pressure turbine 16 L arrangement of the fins 19 for guiding the nozzle, which can be better seen on the

figures 2 et 3, comprend un certain nombre d'ailettes pri-  FIGS. 2 and 3, comprises a certain number of fins

maires et secondaires 20 et 21 respectivement Des blindages 22 et 23 qui sont placés aux extrémités radialement internes et externes des ailettes primaires et secondaires 20 et 21 servent à définir une partie axiale du passage d'écoulement  and Mayors 20 and 21 respectively Shields 22 and 23 which are placed at the radially inner and outer ends of the primary and secondary fins 20 and 21 serve to define an axial portion of the flow passage

de gaz à travers les turbines haute pression, pression inter-  of gas through the high-pressure turbines, internal pressure

médiaire et basse pression 15, 16 et 17.  medial and low pressure 15, 16 and 17.

Chacune des ailettes primaires 20 a un faible rapport d'aspect et une coupe transversale généralement en forme de  Each of the primary fins 20 has a low aspect ratio and a generally shaped cross section.

profil d'ailes comme on peut le voir sur la figure 3 Cepen-  wing profile as can be seen in Figure 3.

dant, la partie de chaque ailette 20 qui s'étend à partir de son bord menant 24 jusqu'à à une position 25 qui est à peu  the portion of each fin 20 extending from its leading edge 24 to a position 25 which is

près à mi-chemin le long de l'étendue de sa corde, est confi-  mid-way along the length of its rope, is

gurée de façon à n'offrir aucune force ascentionnelle au gaz d'échappement qui, en utilisation, passe au-dessus d'elle La partie restante de chaque ailette qui s'étend de la position à mi-chemin jusqu'au bord arrière 26 est configurée de façon à offrir une force ascentionnelle au gaz d'échappement passant au-dessus d'elle Ainsi, comme chacune des ailettes primaires 20 n'offre une force ascentionnelle que sur la partie qui s'étend de sa position à mi-corde 25 jusqu'à son bord arrière 26, c'est seulement dans cette partie que des  The remaining portion of each fin extending from the mid-way position to the trailing edge 26 will not provide any upward force to the exhaust gas that in use passes over it. is configured to provide an upward force to the exhaust gas passing over it Thus, as each of the primary fins 20 provides an ascending force only on the portion extending from its mid-rope position 25 to the rear edge 26, it is only in this part that

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tourbillons de couche limite et par conséquent des pertes secondaires se produisent La partie des ailettes primaires qui s'étend du bord avant ou menant 24 jusqu'à la position à mi-corde 25, n'offre aucune surface de levée et ne produit donc aucune perte secondaire importante Cependant, cela étend l'étendue de la corde de chaque ailette primaire 20 donc, bien que les pertes secondaires soient diminuées en étant confinées à la partie arrière de chaque ailette primaire 20, l'ailette primaire 20 a néanmoins un faible  boundary layer swirls and therefore secondary losses occur The portion of the primary fins which extends from the front edge or leading 24 to the mid-rope position 25, provides no lift surface and therefore produces no However, this extends the extent of the rope of each primary fin 20 so, although the secondary losses are diminished by being confined to the rear portion of each primary fin 20, the primary fin 20 nevertheless has a low

rapport d'aspect.aspect ratio.

Comme les ailettes primaires 20 provoquent une perte de l'effet ascentionnel total en vertu de leur configuration, des surfaces ascentionnelles ou portantes supplémentaires  As the primary fins 20 cause a loss of the total ascending effect by virtue of their configuration, additional ascending or bearing surfaces

sont nécessaires Elles sont formées par les ailettes secon-  are needed They are formed by the secondary fins

daires 21, dont chacune est interposée entre des ailettes primaires adjacentes 20 Ainsi, chaque ailette secondaire 21 a un rapport d'aspect élevé et a une coupe transversale en forme de profil d'ailes, de façon à offrir des surfaces ascentionnelles sur toute l'étendue de corde L'étendue de corde de chacune des ailettes secondaires 21 représente moins de la moitié de celle des ailettes primaires 20 et les bords arrière 27 des ailettes secondaires 21 sont alignés les uns avec les autres et avec les bords arrière 26 des ailettes  21, each of which is interposed between adjacent primary fins 20 Thus, each secondary fin 21 has a high aspect ratio and has a cross-section in the form of a wing profile, so as to provide ascending surfaces over the entire The rope extent of each of the secondary fins 21 is less than half that of the primary fins 20 and the rear edges 27 of the secondary fins 21 are aligned with each other and with the rear edges 26 of the fins

primaires 20.primary 20.

On peut par conséquent voir que l'ensemble d'ailettes de stator selon la présente invention offre des ailettes primaires 20 de faible rapport d'aspect qui ont des pertes secondaires plus faibles que celle qui serait normalement attendue avec des ailettes conventionnelles ayant le même  It can therefore be seen that the set of stator vanes according to the present invention provides primary vanes of low aspect ratio which have lower secondary losses than would normally be expected with conventional vanes having the same

rapport d'aspect.aspect ratio.

Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à un ensemble d'ailettes de guidage de tuyère faisant partie de l'ensemble d'une turbine, on notera qu'elle s'applique à d'autres ensembles d'ailettes de stator, aussi bien dans la turbine qu'ailleurs dans un moteur à turbine à gaz.  Although the present invention has been described with reference to a set of nozzle guide vanes forming part of a turbine assembly, it will be appreciated that it is applicable to other sets of stator vanes. , both in the turbine and elsewhere in a gas turbine engine.

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Claims (5)

REVENDICATIONS 1 Ensemble d'ailettes de stator approprié à un  1 Set of stator vanes suitable for a moteur à turbine à gaz du type comprenant un agencement annu-  gas turbine engine of the type comprising an annular arrangement laire d'ailettes primaires à faible rapport d'aspect, dont chacune a généralement une coupe transversale en forme de  of low-aspect ratio primary fins, each of which generally has a cross-section in the form of profil d'ailes, caractérisé en ce que les parties de l'éten-  wing profile, characterized in that the parts of the due de la corde de chacune desdites ailettes primaires ( 20) est configurée afin de ne produire sensiblement pas de force  due to the rope of each of said primary fins (20) is configured to produce substantially no force ascentionnelle pour tout gaz qui s'écoulant, la partie res-  ascending for any flowing gas, the remaining part tante de chacune desdites ailettes primaires ( 20) étant con-  of each of said primary fins (20) being figurée de façon à offrir une force ascentionnelle à tout gaz s'y écoulant, lesdites parties d'ailettes ( 20) qui produisent une force ascentionnelle ayant des ailettes secondaires ( 21) d'un rapport d'aspect élevé, interposées entre elles, chacune  shown to provide an upward force to any flowing gases therein, said fin portions (20) which produce an upward force having secondary vanes (21) of high aspect ratio, interposed therebetween, each desdites ailettes secondaires ( 21) ayant une coupe transver-  said secondary fins (21) having a transverse cross-section sale en forme de profil d'ailes pour offrir des surfaces  dirty shaped wing profile to provide surfaces ascentionnelles sur toute l'étendue de leur corde, qui com-  ascending the entire length of their rope, which plètent les surfaces ascentionnelles des ailettes primaires ( 20) et qui ont une étendue de corde plus faible que celle de  fill the ascending surfaces of the primary fins (20) and which have a smaller rope extent than chacune desdites ailettes primaires ( 20).  each of said primary fins (20). 2 Ensemble d'ailettes de stator selon la revendica-  2 Set of stator vanes according to the claim tion 1, caractérisé en ce que la partie de chacune des ailettes primaires ( 20) précitées qui est configurée de façon à ne produire sensiblement pas de force ascentionnelle à tout gaz s'écoulant au-dessus, s'étend à partir de son bord menant ( 24) jusqu'à peu près à mi-chemin ( 25) le long de sa corde,  characterized in that the portion of each of the aforesaid primary fins (20) which is configured to produce substantially no ascending force to any gas flowing above, extends from its leading edge. (24) about half way (25) along the rope, la partie restante de chacune desdites ailettes ( 20) s'éten-  the remaining part of each of said fins (20) extends dant jusqu'au bord arrière ( 26) étant configurée afin  to the rear edge (26) being configured so d'offrir une force ascentionnelle à tout gaz s'y écoulant.  to offer an ascending force to any flowing gas. 3 Ensemble d'ailettes de stator selon l'une quel-  3 Set of stator vanes according to one conque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les  of claims 1 or 2, characterized in that the bords arrière ( 26, 27) des ailettes primaires et secondaires  rear edges (26, 27) of the primary and secondary fins précitées ( 20, 21) sont alignés les uns avec les autres.  mentioned above (20, 21) are aligned with one another. 4 Ensemble d'ailettes de stator selon l'une quel-  4 Set of stator vanes according to one conque des revendications précédentes, caractérisé en ce que  conque of the preceding claims, characterized in that ledit ensemble ( 19) fait partie de la turbine ( 16) d'un  said assembly (19) is part of the turbine (16) of a moteur à turbine à gaz ( 10).gas turbine engine (10). Ensemble d'ailettes de stator selon l'une quel-  Set of stator vanes according to one 6 25223636 2522363 conque des revendications précédentes, caractérisé en ce que  conque of the preceding claims, characterized in that ledit ensemble d'ailettes ( 19) est un ensemble d'ailettes de  said set of vanes (19) is a set of vanes of guidage de tuyère.nozzle guidance.