FR3074837B1 - Aube de rotor pour une turbomachine - Google Patents

Abstract

Aube mobile de rotor pour une turbomachine destinée à être mise en rotation autour d'un axe A, l'aube comportant une pale (12) s'étendant entre deux plateformes, respectivement externe (talon) (20) et interne (18), le talon (20) comportant au moins une léchette (22) faisant radialement saillie vers l'extérieur. La léchette comporte une face amont (36) orientée du côté d'un bord d'attaque (12A) de la pale (12), et une face aval (38) orientée du côté d'un bord de fuite (12F) de la pale (12). La léchette (22) est munie d'au moins un déflecteur (40) sur ladite face amont (36), configuré pour dévier une partie d'un flux de gaz s'écoulant selon l'axe A vers une léchette (22) d'une aube adjacente dudit rotor, lorsque que celui-ci est en rotation.

Description

AUBE DE ROTOR POUR UNE TURBOMACHINE DOMAINE TECHNIQUE

[0001] La présente invention concerne une aube de rotor pour une turbomachine.

ÉTAT DE L’ART

[0002] Dans la présente demande, l’amont et l’aval sont définis par rapport au sens d’écoulement normal des flux de gaz (de l’amont vers l’aval) à travers la turbomachine. On appelle « axe de la turbomachine >>, l’axe de rotation du rotor autour d’un axe de la turbomachine. La direction axiale correspond à la direction de l’axe de la turbomachine, et une direction radiale correspond à une direction perpendiculaire à l’axe de la turbomachine. Les adjectifs « intérieur >> et « extérieur >> ou « interne >> et « externe >> sont utilisés en référence à une direction radiale de sorte que la partie intérieure d’un élément est, suivant une direction radiale, plus proche de l’axe de la turbomachine que la partie extérieure du même élément.

[0003] Classiquement, une turbine de turbomachine comprend une succession d’étages axiaux comportant chacun un rotor et un stator. Le rotor se présente sous la forme d’une roue aubagée comportant un disque portant, à sa périphérie, des aubes régulièrement réparties autour de l’axe de rotation du disque. Chaque aube comporte une pale s’étendant entre deux plateformes, respectivement interne et externe, la plateforme interne étant reliée à un pied de montage sur le disque.

[0004] La veine aérodynamique de la turbine est délimitée extérieurement par les plateformes externes (également appelées talons) des aubes. Dans les étages de turbine d’une turbomachine, il existe classiquement un jeu entre la roue de rotor et le stator qui les entoure, c’est-à-dire entre les sommets ou extrémités radialement externes des aubes et ce stator. Ceci permet la bonne rotation desdites aubes mobiles.

[0005] La plateforme externe (talon) de chaque aube est munie de léchettes. Lorsque la turbine est en fonctionnement, ces léchettes coopèrent avec des blocs de matière « abradable >> fixés au carter de turbine, pour former des joints d’étanchéité du type à labyrinthe.

[0006] En effet, au départ, lors des premières mises en fonctionnement de la turbine, il existe un contact prévu et maîtrisé entre les léchettes des aubes mobiles et les blocs de matière abradable. Le contact recherché permet de réaliser des gouttières dans chaque bloc et de créer des chicanes qui permettent l’étanchéité à chaque étage de la turbine.

[0007] Il est connu de la personne du métier que dans certaine conditions, il est possible de rencontrer un phénomène appelé tartinage sur ces léchettes. Le tartinage est une anomalie issue du mécanisme de création du joint labyrinthe : il y a surchauffe des léchettes au contact du bloc de matière abradable. Ceci induit une fusion de la léchette dont une partie se décompose en petites boulettes qui se solidifient sur le bloc de matière abradable. Parfois, ces boulettes se projettent sur les étages aval, et peuvent être source de dégâts sur les autres pièces à l’aval du moteur. De plus, le tartinage peut engendrer une usure non maîtrisée des léchettes de plusieurs millimètres.

[0008] L’objectif de la présente invention est de remédier à l’inconvénient précité en limitant réchauffement des léchettes pendant le fonctionnement de la turbomachine afin d’éviter tout phénomène de tartinage.

EXPOSÉ DE L’INVENTION

[0009] L’invention propose à cet effet une aube mobile de rotor pour une turbomachine destinée à être mise en rotation autour d’un axe de rotation A, l’aube comportant une pale s’étendant entre un talon externe et une plateforme interne, le talon comportant au moins une léchette faisant saillie radialement vers l’extérieur par rapport audit axe A, la léchette comportant une face amont orientée du côté d’un bord d’attaque de la pale, et une face aval orientée du côté d’un bord de fuite de la pale, caractérisée en ce que la léchette est munie d’au moins un déflecteur sur ladite face amont, ledit déflecteur étant configuré pour dévier une partie d’un flux de gaz s’écoulant selon l’axe A, et pour l’orienter vers une léchette d’une aube mobile adjacente dudit rotor, lorsque celui-ci est en rotation.

[0010] Le flux d’air ainsi détourné permet de refroidir les léchettes d’une aube adjacentes et ainsi d’éviter leur surchauffe. Dans le cas où les aubes d’une roue complète de rotor serait équipées de telles aubes mobiles, l’invention permettrait de refroidir efficacement l’intégralité des léchettes des aubes, en vue d’éviter le phénomène précité de tartinage.

[0011] L’aube mobile selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - le déflecteur présente une forme sensiblement de V comportant une pointe et une base évasée, - la léchette présente un bord radialement externe et un bord latéral extrados, la pointe du V affleure sensiblement ledit bord radialement externe et ledit bord latéral extrados, de manière à ce que la pointe du V soit orientée vers un côté extrados de la pale, - la léchette présente un bord radialement interne et un bord latéral intrados, la base du V affleure sensiblement ledit bord radialement interne et ledit bord latéral intrados, de manière à ce que la base du V soit orientée vers un côté intrados de la pale, - le V est ouvert à ses deux extrémités pour laisser passer un flux d’air entre les deux déflecteurs, - le ou chaque déflecteur est formé d’une seule pièce avec la léchette, - la léchette est munie de deux nervures inclinées l’une par rapport à l’autre et forment sensiblement le V, - chaque nervure présente une orientation sensiblement rectiligne, - chaque nervure s’étend depuis un bord latéral de la léchette jusqu’à un bord radialement interne ou externe de la léchette, - le déflecteur est formé par une rainure ménagée dans la léchette, - la rainure présente une orientation sensiblement rectiligne, - la rainure s’étend depuis un bord latéral de la léchette jusqu’à un bord radialement interne ou externe de la léchette.

[0012] L’invention a également pour objet un ensemble d’au moins deux aubes mobiles de rotor adjacentes pour une turbomachine, destiné à être mise en rotation autour d’un axe de rotation A, comportant une première aube et une deuxième aube, caractérisé en ce que chaque aube est munie d’un tel que décrit ci-dessus, le réflecteur de la première aube étant configuré pour dévier une partie d’un flux de gaz s’écoulant selon l’axe A, et pour l’orienter vers une léchette de la deuxième aube dudit rotor lorsque celui-ci est en rotation.

[0013] L’invention a finalement pour troisième objet une roue aubagée de turbomachine, caractérisée en ce qu’elle comprend une pluralité d’aubes telle que décrites ci-dessus.

DESCRIPTION DES FIGURES

[0014] L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d’une aube de rotor selon l’invention, - la figure 2 est une vue en coupe d’une partie d’étage de turbine selon l’invention, - la figure 3 est une vue à plus grande échelle d’une partie de la figure 2, - la figure 4 est une vue similaire à celle de la figure 3 et montre des blocs de matière abradable usés, - les figures 5 et 6 sont respectivement une vue de face et une vue de trois-quarts de la face amont d’une léchette selon l’invention, - la figure 7 est une vue schématique en perspective des talons de trois aubes adjacentes vues depuis l’amont, - la figure 8 est une vue schématique vue du dessus du talon d’une aube selon l’invention.

DESCRIPTION DETAILLEE

[0015] Sur la figure 1, on a représenté une aube 10 de rotor selon l’invention. L’aube 10 (dite aube mobile) s’étend suivant un axe X, dit axe d’empilement. De manière connue en soi, un axe d’empilement d’une aube mobile 10 est l’axe X perpendiculaire à un axe de de rotation A de la turbomachine, qui est également un axe de circulation des flux de gaz P dans le turbomoteur. Cet axe X passe par le centre de gravité de la section la plus intérieure d’une pale 12 de l’aube mobile 10 (i.e., la section la plus proche de l’axe A de la turbomachine).

[0016] L’aube mobile 10 comprend donc une pale 12 qui s’étend suivant l’axe d’empilement X, entre une extrémité interne 14 et une extrémité externe 16. A son extrémité interne 14, l’aube mobile 10 comporte une plateforme radialement interne 18 qui porte un pied par lequel l’aube 10 est fixée à un disque de rotor (non représenté). A son extrémité externe, l’aube mobile 10 comporte une plateforme radialement externe appelée talon 20. Le talon 20 s’étend selon un axe de référence Y sensiblement parallèle à l’axe A de la turbomachine, mais qui peut être incliné par rapport à cet axe.

[0017] Chaque pale 12 comporte également un bord d’attaque 12A et un bord de fuite 12F, le bord d’attaque 12 A étant en amont du bord de fuite 12F par rapport au sens de circulation du flux de gaz P.

[0018] Le talon 20 comporte deux léchettes d’étanchéité 22 qui font saillie vers l’extérieur suivant l’axe d’empilement X de l’aube mobile 10. Chaque léchette 22 est sensiblement rectiligne et s’étend transversalement par rapport à l’axe de référence Y.

[0019] Comme visible sur la figure 2, une turbine comprend plusieurs étages comportant chacun une roue aubagée mobile (rotor) et un distributeur fixe (stator). La roue mobile comprend un disque central duquel rayonnent les aubes mobiles 10. Le distributeur est monté en aval de la roue aubagée et est fixé à un carter annulaire externe 24, qui s’étend autour des étages. Le carter 24 porte, sur sa face annulaire interne (comme visible sur la figure 2), des rangées annulaires de blocs en matière abradable 26 disposés autour et en vis-à-vis de l’extrémité externe de chaque roue. Chaque distributeur comprend, de manière classique et connue en soi, deux plateformes annulaires, 28, 30 coaxiales, respectivement interne et externe, entre lesquelles s’étend une rangée annulaire d’aube fixes 32.

[0020] Les plateformes 28, 30 des aubes fixes 32 et les pieds 18 des aubes mobiles 10 délimitent entre eux la veine annulaire d’écoulement des gaz provenant de la chambre de combustion de la turbomachine (non représentée).

[0021] Comme visible sur les figures 3 et 4, les léchettes 22 du talon 20 de chaque aube mobile 10 sont destinées à coopérer avec les blocs 26 de manière à former un joint d’étanchéité du type labyrinthe. Comme expliqué plus haut, lors des premières mises en fonctionnement de la turbine, les léchettes 22 et les blocs 26 correspondants sont mis en contact de manière à réaliser deux gouttières circonférentielles 34. Ceci permet de créer des chicanes et permet d’assurer l’étanchéité à chaque étage de la turbine.

[0022] Comme visible sur les figures 3 et 4, chaque léchette 22 fait saillie vers l’extérieur, et chaque léchette 22 comporte une face amont 36 orientée du côté du bord d’attaque 12A de la pale 12, et une face aval 38 orientée du côté du bord de fuite 12F de la pale 12.

[0023] Chaque léchette 22 présente donc un bord radialement externe 39A qui délimite les faces amont 36 et aval 38 et un bord radialement interne 39B, formant jonction avec le talon 20 (voir figures 5 et 6). Chaque léchette 22 comporte, en outre, de manière classique, un bord latéral intrados 391 et un bord latéral extrados 39E. Chaque bord externe 39A est destiné à entrer en contact avec le bloc 26 correspondant lors de la création des gouttière circonférentielles 34. L’intrados I (voir figure 8) d’un profil porteur non symétrique (comme dans le cas de la pale 12 de la présente aube mobile 10) est défini comme étant la face opposée à la cambrure et sur laquelle se trouve la surpression. L’extrados E (voir figure 8) d’un profil porteur non symétrique est, quant à lui, défini comme étant la face du côté de la cambrure sur laquelle se situe la dépression.

[0024] Cette orientation est relative au sens de rotation de la roue aubagée et donc à la direction du flux d’air traversant la turbomachine.

[0025] Selon l’invention, comme visible sur les figures 5 et 6, la face amont 36 de chaque léchette 22 est munie d’au moins un déflecteur 40. Dans l’exemple représenté, chaque déflecteur 40 est formé deux nervures 40a, 40b.. Chaque nervure 40a, 40b est ici formée d’une seule pièce et forme corps monobloc avec la léchette 22 de l’aube 10.

[0026] Dans un mode de réalisation non représenté, le ou les déflecteur(s) 40 pourraient être formé(s) par une ou plusieurs rainure(s) au lieu d’être formé(s) par une ou plusieurs nervure(s), ou par une combinaison de une ou plusieurs rainure(s) et d’une ou plusieurs nervure(s).

[0027] Dans l’exemple représenté, les deux nervures 40a, 40b sont sensiblement rectilignes et font saillies vers l’amont. Elles présentent une section transversale sensiblement carrée de 0,3 à 1 mm d’épaisseur selon la position angulaire du déflecteur, perpendiculaire au plan amont de la léchette. Les deux nervures 40a, 40b s’étendent transversalement le long de la face amont 36 de la léchette 22. La première nervure 40a, s’étend d’un premier bord latéral de ladite léchette 22 (ici le bord latéral intrados 39I) jusqu’à au bord radialement externe 39A de la léchette 22. La deuxième nervure 40b s’étend du bord interne 39B de la léchette 22 vers un deuxième bord latéral de celle-ci (ici le bord latéral extrados 39E), opposé au premier bord latéral. Le positionnement de la première nervure 40a, est ainsi radialement externe par rapport à la deuxième nervure 40b, comme visible sur la figure 5.

[0028] Les deux nervures 40a, 40b sont inclinées l’une par rapport à l’autre, de manière à former un V s’étendant le long de la léchette 22, dans un plan sensiblement transversal à l’axe Y. Le V formé par les deux nervures 40a, 40b s’ouvre vers le bord radialement interne 39B de la léchette 22. Le V présente classiquement une pointe et une base évasée. Comme visible sur les figures 5 et 6, la pointe du V affleure sensiblement le bord radialement externe 39A et le bord latéral extrados 39E de la léchette 22 alors que la base du V affleure sensiblement le bord radialement interne 39B et le bord latéral intrados 391 de la léchette 22. De cette façon, la base du V est orientée du côté intrados I et la pointe du V est orientée du côté extrados E de la léchette 22 (et de l’aube 10).

[0029] Le V est ouvert à ses deux extrémités pour laisser passer un flux d’air F perpendiculaire au flux d’air P traversant la turbomachine. Ce flux d’air F s’écoule ainsi entre les deux nervures 40a, 40b dans un sens opposé au sens de rotation R de la roue aubagée. C’est ainsi que les nervures 40a, 40b forment déflecteur 40s. Ceci permet, notamment, la mise en oeuvre d’un effet Venturi.

[0030] En effet, la résolution du problème de tartinage se base sur une technologie utilisant l’effet Venturi. L’effet Venturi est un phénomène de la dynamique des fluides au cours duquel on observe la formation d'une dépression dans une zone où des particules de fluides (ici les particules des gaz issus de la chambre de combustion située en amont) sont accélérées.

[0031] Ainsi, lors du fonctionnement de la turbine, en se positionnant dans le référentiel de l’aube mobile 10, on constate que celle-ci voit un flux F de gaz, circulant dans le sens opposé au sens de rotation R de la roue aubagée. Ce flux F peut être accéléré le long de la léchette 22 grâce à une géométrie en forme de cône ou de V ouvert, tel qu’illustré aux figures 5 et 6. Une partie du flux de gaz P circulant dans la veine est donc dévié, via le déflecteur 40 (ici les nervures 40a, 40b) vers l’extrémité externe de l’aube 10. L’aube mobile 10 adjacente de l’aube 10 déviant une partie du flux de gaz P, bénéficie ainsi de ce courant de gaz dévié F orienté vers le dessus de sa léchette 22, comme visible sur la figure 7. Ceci permet de refroidir localement, par convection, la léchette 22 et d’éviter une dégradation de celle-ci par surchauffe.

[0032] Le V formé par le déflecteur 40 (les nervures 40a, 40b) présente une ouverture d’entrée de gaz 42 (définie entre les extrémités correspondantes des deux nervures 40a, 40b) ayant, par exemple, une largeur de 0,5 à 2 mm et une ouverture de sortie des gaz 44 (définie entre les extrémités correspondantes des deux nervures 40a, 40b) ayant, par exemple, une largeur de 1 à 6 mm afin de permettre un déflection et une accélération optimale de la partie du flux de gaz déviée F. L’ouverture d’entrée 42 est, de préférence, quatre à cinq fois plus large que l’ouverture de sortie 44.

[0033] La présente invention présente donc une technologie novatrice permettant d’utiliser le fonctionnement naturel de la turbomachine pour venir apporter de l’air dans la zone à refroidir. Cette technologie permet de répondre à la problématique de tartinage et elle permet d’éviter des dégâts sur les turbines dus aux dégradations des léchettes 22.

Claims (9)

1. REVENDICATIONS

   1. Aube mobile de rotor (10) pour une turbomachine destinée à être mise en rotation autour d’un axe de rotation A, l’aube mobile (10) comportant une pale (12) s’étendant entre un talon externe (20) et une plateforme interne, le talon (20) comportant au moins une léchette (22) faisant saillie radialement vers l’extérieur par rapport audit axe A, la léchette comportant une face amont (36) orientée du côté d’un bord d’attaque (12A) de la pale (12), et une face aval (38) orientée du côté d’un bord de fuite (12F) de la pale (12), caractérisée en ce que la léchette (22) est munie d’au moins un déflecteur (40) sur ladite face amont (36), ledit déflecteur (40) étant configuré pour dévier une partie (F) d’un flux de gaz (P) s’écoulant selon l’axe A, et pour l’orienter vers une léchette (22) d’une aube mobile (10) adjacente dudit rotor lorsque celui-ci est en rotation.
2. 2. Aube mobile (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le déflecteur (40) présente une forme sensiblement de V comportant une pointe et une base évasée.
3. 3. Aube mobile (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la léchette (22) présente un bord radialement externe (39A) et un bord latéral extrados (39E), et que la pointe du V affleure sensiblement ledit bord radialement externe (39A) et ledit bord latéral extrados (39E), de manière à ce que la pointe du V soit orientée vers un côté extrados (E) de la pale (12).
4. 4. Aube mobile (10) selon les revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la léchette (22) présente un bord radialement interne (39B) et un bord latéral intrados (39I), et que la base du V affleure sensiblement ledit bord radialement interne (39B) et ledit bord latéral intrados (39I), de manière à ce que la base du V soit orientée vers un côté intrados (I) de la pale (12).
5. 5. Aube mobile (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le ou chaque déflecteur est formé d’une seule pièce avec la léchette (22).
6. 6. Aube mobile (10) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la léchette est munie de deux nervures (40a, 40b) inclinées l’une par rapport à l’autre et forment sensiblement le V.
7. 7. Aube mobile (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le déflecteur (40) est formé par une rainure ménagée dans la léchette (22).
8. 8. Ensemble d’au moins deux aubes mobiles (10) de rotor adjacentes pour une turbomachine, destiné à être mise en rotation autour d’un axe de rotation A, comportant une première aube mobile et une deuxième aube mobile selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque aube mobile (10) est munie d’un déflecteur (40), le réflecteur (40) de la première aube mobile étant configuré pour dévier une partie (F) d’un flux de gaz (P) s’écoulant selon l’axe A, et pour l’orienter vers une extrémité radialement externe d’une léchette (22) de la deuxième aube mobile dudit rotor lorsque celui-ci est en rotation.
9. 9. Roue aubagée de turbomachine, caractérisée en ce qu’elle comprend une pluralité d’aubes mobiles (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7.