FR2891003A1 - Aube de turbomachine - Google Patents
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Abstract
Aube de turbomachine (2) comprenant à son extrémité libre (3) une cavité ouverte (5) délimitée par une paroi de fond (7), un rebord d'intrados (9) et un rebord d'extrados (10), et comprenant un passage de refroidissement interne et au moins un canal de refroidissement (20) qui communique avec ce passage de refroidissement interne et débouche au niveau du rebord d'intrados (9), dans laquelle le rebord d'intrados présente un chanfrein (25), entre sa face d'extrémité (26) et l'une de ses faces latérales (28), le canal de refroidissement (20) débouchant sur ce chanfrein (25). Application aux aubes de turbine haute pression de turboréacteur.
Description
L'invention concerne une aube de turbomachine comme, par exemple, une aube
creuse de turbine à gaz, de type haute pression, d'un turboréacteur.
Plus particulièrement, l'invention concerne une aube comprenant à son extrémité libre une cavité ouverte, communément appelée "baignoire", délimitée par une paroi de fond, un rebord d'intrados et un rebord d'extrados, et comprenant un passage de refroidissement interne et au moins un canal de refroidissement qui communique avec ledit passage et débouche au niveau du rebord d'intrados. Ce canal de refroidissement transporte de l'air frais en provenance dudit passage, jusqu'au rebord d'intrados en vue de refroidir celui-ci, lors du fonctionnement de la turbomachine. Pour garantir un bon refroidissement, plusieurs canaux sont généralement répartis le long du rebord d'intrados.
Le document FR 2 563 571 décrit deux modes de réalisation d'une aube de ce type.
Selon le premier mode de réalisation de FR 2 563 571, les canaux de refroidissement débouchent sur la face latérale extérieure du rebord d'intrados, c'est-à-dire la face latérale du rebord opposée à la cavité ouverte de l'aube. Ce mode de réalisation ne permet pas de refroidir suffisamment la face d'extrémité, ou face supérieure, du rebord car celleci est trop éloignée de la sortie des canaux.
Selon le deuxième mode de réalisation de FR 2 563 571, les canaux débouchent sur la face d'extrémité du rebord d'intrados, après avoir traversé une couche de revêtement déposée sur celui-ci. Ce mode de réalisation garantit donc un meilleur refroidissement de la face d'extrémité du rebord.
Toutefois, en fonctionnement, les canaux de refroidissement ont tendance à se boucher soit par écrasement du rebord lorsque celui-ci frotte contre la virole, soit parce que des limailles générées par les frottements, viennent obstruer ces canaux. Ce dernier phénomène est d'autant plus gênant que ces limailles se soudent à l'intérieur des canaux, en raison des fortes températures.
L'invention a pour but de garantir un bon refroidissement de la face d'extrémité du rebord d'intrados à l'aide de canaux de refroidissement, tout en limitant le risque de voir ces canaux se boucher.
Pour atteindre ce but, l'invention a pour objet une aube de 35 turbomachine du type précité, caractérisée en ce que le rebord d'intrados présente un chanfrein, entre sa face d'extrémité et l'une de ses faces latérales, et en ce que le canal de refroidissement débouche sur ce chanfrein.
Selon l'invention, l'ouverture de sortie du canal de refroidissement par laquelle l'air frais est émis, se situe sur le chanfrein. Ainsi, d'une part, cette ouverture est suffisamment proche de la face d'extrémité du rebord d'intrados pour bien refroidir celui-ci et, d'autre part, elle est en retrait par rapport à cette face d'extrémité de sorte qu'elle a moins tendance à se boucher.
Avantageusement, on fait en sorte que l'ouverture du canal soit suffisamment en retrait par rapport à la face d'extrémité du rebord d'intrados io pour ne pas être écrasée et pour être hors de portée des limailles générées lors des frottements.
Selon un mode de réalisation de l'invention ledit chanfrein est situé entre la face d'extrémité et la face latérale extérieure du rebord d'intrados. Selon un autre mode de réalisation ce chanfrein est situé entre la face d'extrémité et la face latérale intérieure du rebord d'intrados.
L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui suit. Cette description faite référence aux figures annexées, sur lesquelles: - la figure 1 est une vue en perspective de l'extrémité libre d'un premier exemple d'aube selon l'invention; - la figure 2 est une section transversale selon le plan II- II de l'aube de la figure 1, montrant un canal de refroidissement; et - la figure 3 est une section transversale analogue à celle de la figure 2 d'un deuxième exemple d'aube selon l'invention.
La figure 1 représente une aube 2 de rotor de turbine haute pression d'un turboréacteur. Cette aube 2 comprend à son extrémité libre 3 une cavité ouverte 5, ou "baignoire", délimitée par une paroi de fond 7, un rebord d'intrados 9 et un rebord d'extrados 10. La paroi de fond 7 s'étend sur toute l'extrémité de l'aube 2, entre la paroi d'intrados 8 et la paroi d'extrados 11 de l'aube. Les rebords d'intrados et d'extrados 9 et 10 s'étendent entre le bord d'attaque 12 et le bord de fuite 14 de l'aube et se situent, dans l'exemple, respectivement dans le prolongement des parois d'intrados et d'extrados 8 et 11. Il n'est cependant pas exclu que les rebords 9 et 10 soient en retrait ou en saillie (comme on le verra plus tard) par rapport aux parois 8 et 11. Le rebord d'intrados 9 présente une face supérieure, ou face d'extrémité 26, et deux faces latérales extérieure 28 et intérieure 27 opposées, la face intérieure 27 étant celle tournée vers la cavité ouverte 5.
Les turboréacteurs comprennent généralement un ou plusieurs ensembles rotatifs, ou disques, portant les aubes 2. Ces disques tournent par rapport à une surface annulaire fixe, ou virole 16, qui les entoure, comme représenté sur la figure 2.
De manière générale, la face d'extrémité 26 du rebord d'intrados 9 est parallèle à l'axe de rotation du disque porteur d'aubes. Comme, dans l'exemple des figures 1 et 2, la face extérieure 31 de la paroi d'intrados 8 de io l'aube 2 est orthogonale à l'axe de rotation du disque porteur d'aubes, la face d'extrémité 26 et la face extérieure 31 sont orthogonales.
L'extrémité radialement extérieure, ou extrémité libre 3, des aubes 2 est séparée de la virole 16 par un intervalle étroit, ou jeu J. L'augmentation du jeu J en permettant le passage de gaz chauds de l'intrados vers l'extrados, a pour résultat une diminution significative des rendements du turboréacteur.
En fonctionnement, en raison des fortes contraintes et des températures élevées auxquelles le disque porteur d'aubes et la virole 16 sont soumis, ces éléments peuvent se déformer de sorte que les aubes 2 viennent frotter contre la virole 16. Les surfaces de frottement entre l'extrémité libre 3 des aubes 2 et la virole 16 sont alors limitées aux surfaces d'extrémité des rebords 9 et 10, ce qui permet de protéger le corps de l'aube 2 et, plus particulièrement, sa paroi de fond 7.
Du fait de ces frottements et des hautes températures des gaz chauds traversant le turboréacteur, la face d'extrémité 26 du rebord d'intrados 9 peut se déformer de manière irréversible ou encore perdre de la matière, par brûlure. Il en résulte alors une augmentation du jeu J et une diminution du rendement du turboréacteur.
Pour prévenir les déformations irréversibles où la brûlure de la face d'extrémité 26, on cherche à refroidir celle-ci le plus efficacement possible à l'aide de plusieurs canaux de refroidissement 20 répartis sur au moins une partie du rebord d'intrados 9.
L'ouverture d'entrée 21 de chaque canal 20 communique avec le passage de refroidissement interne 18 de l'aube. L'ouverture de sortie 22 de chaque canal 20 débouche au niveau du rebord d'intrados 9 de l'aube. Ces canaux 20 permettent ainsi de délivrer au niveau du rebord d'intrados 9 l'air frais qu'ils transportent, en provenance du passage 18.
Le rebord d'intrados 9 présente un chanfrein 25 entre sa face d'extrémité 26 et sa face latérale extérieure 28. Dans l'exemple représenté, en section transversale (voir figure 2), la surface définie par le chanfrein 25 est rectiligne et forme un biseau. Le chanfrein 25 peut être réalisé facilement par usinage d'une aube 2 préfabriquée ou directement par fonderie avec le reste de l'aube.
L'ouverture de sortie 22 du canal 20 débouche sur le chanfrein 25, de io sorte qu'elle se situe en retrait d'une distance d par rapport à la face d'extrémité 26 du rebord d'intrados. Dans la pratique, cette distance d correspond à la diminution maximale de hauteur H du rebord d'intrados 9, pouvant être provoquée par les frottements entre ce rebord 9 et la virole 16.
Par exemple, au cours de la vie de certaines aubes de turbine haute pression de turboréacteur, on constate que la hauteur H du rebord 9 diminue au maximum de 0,6 mm en raison des frottements. Dans ce cas, on fait en sorte que la distance d soit supérieure ou environ égale à 0,6 mm. On prend aussi généralement en compte pour choisir la distance d, la tolérance de fabrication des pièces.
La distance de retrait d dépend, d'une part, de l'angle d'inclinaison A formé entre le chanfrein 25 et la face d'extrémité 26 du rebord 9 et, d'autre part, de la position du canal 20 par rapport à ce chanfrein 25.
Avantageusement, pour garantir une distance de retrait d suffisante, on choisit l'angle A supérieur ou égal à 15 .
Toutefois, l'angle A doit être suffisamment limité pour ne pas favoriser le passage de gaz chauds de l'intrados vers l'extrados, entre le rebord 9 et la virole 16. Ainsi, avantageusement, on choisit l'angle A inférieur ou égal à 45 et, de préférence, inférieur ou égal à 30 .
L'inclinaison du chanfrein 25 a pour autre avantage de favoriser 30 l'écoulement du flux d'air frais F sortant du canal 20 en direction de la face d'extrémité 26, ce qui permet de mieux refroidir celle-ci.
La figure 3 représente un deuxième exemple d'aube 102, selon l'invention. Les parties de l'aube 102 analogues à celles de l'aube 2 des figures 1 et 2 sont affectées des mêmes références numériques augmentées 35 de 100.
L'aube 102 diffère de l'aube 2 en ce que le rebord d'intrados 109 présente une lèvre 130, du côté de sa face latérale extérieure 128, au voisinage de sa face d'extrémité 126. Cette lèvre 130 fait saillie par rapport à la face extérieure 131 de la paroi d'intrados 108 et s'élargit à mesure qu'elle se rapproche de la face d'extrémité 126. En d'autres termes, la face extérieure 128 du rebord 109 est courbée vers l'extérieur, selon une forme concave, en direction de la face d'extrémité 126. Cette courbure permet de dévier les gaz chauds traversant la turbine vers la paroi d'intrados 131 de l'aube, et ainsi de les empêcher de passer de l'intrados vers l'extrados, entre le rebord 109 et la virole 116.
Par ailleurs, l'aube 102 est pourvue d'un canal de refroidissement 120 qui communique avec le passage de refroidissement interne 118 de l'aube, et qui débouche sur un chanfrein 125.
Selon ce mode de réalisation, le chanfrein 125 est situé entre la face d'extrémité 126 et la face latérale intérieure 127 du rebord d'intrados 109. Ici, la face latérale intérieure 127 forme un angle obtus avec la paroi de fond 107 mais une autre inclinaison, notamment orthogonale, pourrait être envisagée.
Avantageusement, le chanfrein 125 est incliné par rapport à la surface d'extrémité 126 d'un angle A' supérieur ou égal à 15 pour que l'ouverture de sortie 122 du canal 120 soit suffisamment en retrait par rapport à la face d'extrémité 126. Par ailleurs, si l'angle A' est trop grand, le refroidissement en sommet d'aube sera plus faible, en particulier car la longueur du canal 120 sera plus petite. Ainsi, avantageusement, on choisit l'angle A' inférieur ou égal à 45 et, de préférence, inférieur ou égal à 30 .
On notera qu'il est préférable de réaliser le chanfrein 125 du côté de la face latérale intérieure 127 du rebord d'intrados (plutôt que du côté de la face latérale extérieure 128), lorsqu'il existe une lèvre 130 du côté de la face latérale extérieure 128 du rebord d'intrados 109, pour que la lèvre 130 joue plelinement son rôle de déviation des gaz chauds. Rien n'empêcherait cependant de réaliser la lèvre et le chanfrein du même côté.
Lorsqu'il n'existe pas de lèvre 130, comme dans l'exemple des figures 1 et 2, le fait de réaliser le chanfrein 25 du côté de la face latérale extérieure 28 du rebord d'intrados permet d'injecter l'air frais sortant du canal de refroidissement 20, en amont de la face d'extrémité 26, dans le sens d'écoulement des gaz chauds traversant le turboréacteur, et donc de mieux refroidir cette face d'extrémité. En revanche, ceci présente l'inconvénient d'élargir la zone d'entrée des gaz chauds entre le rebord d'intrados 9 et la virole 16. Pour éviter ce dernier inconvénient, on peut réaliser le chanfrein du côté de la face latérale intérieure du rebord d'intrados.
Claims (7)
1. Aube de turbomachine comprenant à son extrémité libre (3) une cavité ouverte (5) délimitée par une paroi de fond (7), un rebord d'intrados (9) et un rebord d'extrados (10), et comprenant un passage de refroidissement interne (18) et au moins un canal de refroidissement (20) qui cornmunique avec ce passage de refroidissement interne et débouche au niveau du rebord d'intrados, caractérisée en ce que le rebord d'intrados (9) présente un chanfrein (25), entre sa face d'extrémité (26) et l'une de ses io faces latérales (28), et en ce que le canal de refroidissement (20) débouche sur ce chanfrein.
2. Aube de turbomachine selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit chanfrein (25) est situé entre la face d'extrémité (26) et la face 15 latérale extérieure (28) du rebord d'intrados.
3. Aube de turbomachine selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit chanfrein (125) est situé entre la face d'extrémité (126) et la face latérale intérieure (127) du rebord d'intrados.
4. Aube de turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ledit chanfrein (25) forme avec la face d'extrémité (26) du rebord d'intrados un angle (A) supérieur ou égal à 15 .
5. Aube de turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ledit chanfrein (25) forme avec la face d'extrémité (26) du rebord d'intrados un angle (A) inférieur ou égal à 45 et, de préférence, inférieur ou égal à 30 .
6. Aube de turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le rebord d'intrados (109) présente une lèvre (130) , du côté de sa face latérale extérieure (128) et au voisinage de sa face d'extrémité (126), pour dévier les gaz chauds traversant la turbomachine, vers la paroi d'intrados (131) de l'aube.
7. Turbomachine comprenant une aube (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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