FR3084398A1

FR3084398A1 - Aube de turbine

Info

Publication number: FR3084398A1
Application number: FR1856854A
Authority: FR
Inventors: James Martet Renaud; Thomas Langevin; Cyril Verbrugge
Original assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2018-07-24
Filing date: 2018-07-24
Publication date: 2020-01-31
Anticipated expiration: 2038-07-24
Also published as: EP3827160A1; CN112513424B; CN112513424A; US20210262358A1; WO2020021192A1; US11428109B2; FR3084398B1

Abstract

L'invention concerne une aube (13) de turbine pour une turbomachine comportant une pale (14) s'étendant radialement, la pale (14) comprenant un bord d'attaque (16) axialement amont et un bord de fuite axialement aval, une plate-forme (15) radialement externe comprenant une extrémité amont (17) et une extrémité aval, la plate-forme (15) radialement externe comprenant au moins une léchette (18, 19) s'étendant radialement vers l'extérieur, l'extrémité radialement externe (20) du bord d'attaque (16) de la pale (14) et/ou du bord de fuite de la pale (14) s'étendant axialement vers l'amont par rapport à l'extrémité amont (17) de la plate-forme (15) et/ou respectivement vers l'aval par rapport à l'extrémité aval de la plate-forme (15), caractérisée en ce que l'aube (13) comporte au moins une cloison (21) s'étendant radialement vers l'extérieur depuis l'extrémité radialement externe de la pale (14), et axialement entre le bord d'attaque (16) et l'extrémité amont (17) de la plate-forme (15), et/ou respectivement entre le bord de fuite et l'extrémité aval de la plate-forme (15).

Description

AUBE DE TURBINE

DOMAINE [001] La présente invention concerne une aube de turbine pour une turbomachine, telle par exemple qu’un turboréacteur d’avion.

CONTEXTE [002] Le document FR 2 970 999 au nom de la Demanderesse divulgue une roue aubagée de turbine comportant un disque de turbine sur lequel sont montées des aubes 1. Chaque aube 1 s’étend radialement et comporte un pied 2 radialement interne, monté dans un alvéole du disque, une pale 3 profilée, séparée du pied 2 par une plate-forme radialement interne 4. Une plate-forme radialement externe 5 s’étend depuis l’extrémité radialement externe de la pale 3. La plate-forme radialement externe 5 comporte des léchettes 6 s’étendent radialement vers l’extérieur qui coopèrent avec un matériau abradable de manière à former un joint à labyrinthe.

[003] La plate-forme externe 5 comporte une extrémité axialement amont 7 et une extrémité axialement aval 8 situées respectivement en amont et en aval du bord d’attaque 9 et du bord de fuite 10 de la pale 3.

[004] Afin d’alléger les aubes 1, il est envisagé de retirer une partie de la plate-forme radialement externe 5 en formant des ajours au niveau de ladite plate-forme externe 5. Cependant, dans un tel cas, une partie du flux d’air peut être déviée de la zone d’intrados 11 vers la zone d’extrados 12 en passant radialement à l’extérieur de la pale 3, au travers des ajours. Une telle recirculation est néfaste pour le rendement de la turbine et il convient donc de la limiter.

RESUME DE L’INVENTION [005] L’invention a notamment pour but d’apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème.

[006] A cet effet, l’invention concerne une aube de turbine pour une turbomachine destinée à s’étendre autour d’un axe de la turbomachine, l’aube comportant une pale s’étendant radialement par rapport à l’axe entre une plateforme radialement interne et une plateforme radialement externe, la pale comprenant un bord d’attaque axialement amont et un bord de fuite axialement aval, une plate-forme radialement externe comprenant une extrémité amont et une extrémité aval, la plate-forme radialement externe comprenant au moins une léchette s’étendant radialement vers l’extérieur, caractérisée en ce que l’extrémité radialement externe du bord d’attaque de la pale et/ou du bord de fuite de la pale s’étendant axialement vers l’amont par rapport à l’extrémité amont de la plate-forme et/ou respectivement vers l’aval par rapport à l’extrémité aval de la plate-forme, et en ce que l’aube comporte au moins une cloison s’étendant radialement vers l’extérieur depuis l’extrémité radialement externe de la pale, et axialement entre le bord d’attaque et l’extrémité amont de la plate-forme, et/ou respectivement entre le bord de fuite et l’extrémité aval de la plate-forme.

[007] Le retrait des extrémité amont et/ou aval par rapport au bord d’attaque et/ou par rapport au bord de fuite permet de limiter la dimension axiale de la plate-forme externe, et donc la masse de l’aube.

[008] Par ailleurs, la présence d’une cloison, s’étendant radialement vers l’extérieur et s’étendant axialement, c’est-à-dire selon l’axe de la turbine, entre le bord d’attaque de l’aube et l’extrémité amont de la plate-forme et/ou respectivement entre le bord de fuite et l’extrémité aval de la plate-forme, constitue au moins en partie un obstacle à une recirculation d’air. Ces recirculations étant génératrices de pertes aérodynamiques, de telles cloisons permettent également d’améliorer le rendement de la turbine.

[009] La cloison peut s’étendre axialement entre le bord d’attaque et une surface amont de la léchette et/ou respectivement entre le bord de fuite et une surface aval de la léchette.

[010] Une telle cloison permet d’empêcher toute recirculation d’air radialement à l’extérieur de la plate-forme externe.

[011] Selon une autre caractéristique, la cloison peut s’étendre radialement vers l’extérieur sensiblement jusqu’à l’extrémité radialement externe de la léchette.

[012] Ainsi, la cloison permet d’éviter la recirculation d’air tout le long de la léchette qui assure, en coopération avec le matériau abradable, l’étanchéité à un passage d’air.

[013] Par ailleurs, la cloison peut s’étendre radialement vers l’extérieur sur une partie seulement de la dimension radiale de la léchette.

[014] Ainsi, la présence de la cloison s’opposant à la recirculation d’air, la limitation de sa dimension radiale à une partie seulement de la dimension radiale de la léchette permet de contrôler l’ajout de matière, et donc de contrôler la masse de l’aube.

[015] La distance radiale entre l’extrémité radialement externe de la cloison et l’extrémité radialement externe de la léchette est par exemple comprise entre 1 et 10 mm.

[016] La cloison peut s’étendre selon une direction formant un angle avec la direction radiale.

[017] Une telle inclinaison de la cloison permet d’améliorer la position de la cloison de sorte qu’elle s’oppose au sens de recirculation d’air de l’intrados vers l’extrados.

[018] L’angle est par exemple compris entre 30° et 60°.

[019] Selon une autre caractéristique, la cloison peut comporter un bord d’extrémité amont et/ou respectivement aval, rectiligne et formant un angle avec la direction radiale.

[020] Une telle inclinaison permet de réduire le volume de la cloison, et donc de contrôler la masse de la matière ajoutée à l’aube de la turbine.

[021] L’angle est par exemple compris entre 0° et 60°.

[022] De plus, la léchette peut s’étendre selon un plan, au moins une partie de la cloison s’étendant perpendiculairement au plan de la léchette.

[023] Par conséquent, la cloison s’étend en partie perpendiculairement à la léchette.

[024] En particulier, la léchette peut s’étendre selon un plan, au moins une partie de la cloison s’étendant selon un plan formant un angle avec l’axe de la turbomachine.

[025] L’ axe de la turbomachine correspond à l’axe du rotor sur lequel sont fixées les aubes.

[026] La cloison est ainsi inclinée dans la direction du sens de rotation de l’aube, de manière à former un déflecteur pour le flux d’air. Une telle position limite ainsi efficacement la recirculation d’air de l’intrados vers l’extrados.

[027] Ledit angle est par exemple compris entre 30° et 60°.

[028] Selon une autre caractéristique, la cloison peut être courbe, par exemple concave vue de l’intrados de la pale.

[029] L’invention concerne également une turbine de turbomachine comportant une roue aubagée comprenant des aubes de turbine telles que décrites précédemment.

[030] L’invention concerne aussi une turbomachine, telle par exemple qu’un turboréacteur d’avion, caractérisée en ce qu’elle comprend une telle turbine. [031] L’ invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif en référence aux dessins annexés.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES la figure 1 est une vue schématique d’une aube de turbine de l’art antérieur ;

la figure 2 est une vue schématique d’un exemple de plate-forme d’aube de turbine selon une forme de réalisation de l’invention ;

les figures 3A à 4B sont des vues en perspective illustrant une partie d’une aube selon différentes variantes de réalisation de l’invention.

DESCRIPTION DETAILLEE [032] Dans ce qui suit, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport au sens d’écoulement des gaz dans la turbomachine, en particulier dans la veine secondaire. De même, les termes « radial » et « axial » sont définis par rapport l’axe de la roue de turbine. Chaque aube de turbine s’étend radialement vers l’extérieur depuis le disque de la roue de turbine, dont l’axe de rotation s’étend axialement.

[033] On se réfère ci-après aux figures 2 et suivantes en relation avec l’invention, la figure 1, concernant la technique antérieure, ayant déjà été décrite précédemment.

[034] La figure 2 illustre une partie d’une aube 13 de turbine pour une turbomachine selon l’invention. Plusieurs aubes 13 de turbine selon l’invention sont destinées à être montées sur un disque de manière à former une roue de turbine.

[035] L’aube 13 comprend une pale 14 s’étendant radialement, et une plateforme radialement externe 15 située au niveau de l’extrémité radialement externe de la pale 14. La pale 14 comprend un bord d’attaque 16 axialement amont et un bord de fuite axialement aval (non représenté). La plate-forme 15 comprend une extrémité amont 17 et une extrémité aval (non représentée). Ladite plate-forme 15 comporte également des léchettes, à savoir une léchette amont 18 et une léchette aval 19 dans l’exemple illustré aux figures.

[036] Dans l’exemple illustré, la plate-forme 15 s’étend axialement entre les deux léchettes 18, 19 et est ajourée par rapport à la plate-forme 5 de l’art antérieur présenté précédemment. En effet, la plate-forme 15 ne comprend pas de partie s’étendant axialement au-delà des léchettes 18,19.

[037] Une plate-forme ajourée avec une partie s’étendant au-delà des léchettes peut également être envisagée.

[038] Dans les deux cas, l’extrémité radialement externe 20 du bord d’attaque 16 de la pale 14 s’étend axialement vers l’amont par rapport à l’extrémité amont 17 de la plate-forme 15. De manière similaire, l’extrémité radialement externe du bord de fuite (non représentée) de la pale 14 s’étend axialement vers l’aval par rapport à l’extrémité aval de la plate-forme 15. [039] L’aube 13 selon l’invention comporte en outre une cloison 21. La cloison 21 est disposée radialement à l’extérieur de l’extrémité radialement externe 20 du bord d’attaque 16 et/ou du bord de fuite (non représenté) de la pale. En effet, la cloison 21 s’étend circonférentiellement en regard de l’extrémité radialement externe 20 de la pale 14.

[040] En outre, la cloison 21 s’étend axialement entre le bord d’attaque 16 et l’extrémité amont 17 de la plate-forme15, et/ou respectivement entre le bord de fuite et l’extrémité aval de la plate-forme 15.

[041] La cloison 21 illustrée s’étend axialement entre le bord d’attaque 16 et une surface amont 22 de la léchette 18. De même, il est envisageable que la cloison 21 s’étende axialement entre le bord de fuite et une surface aval de la léchette.

[042] Dans la forme de réalisation illustrée à la figure 2, la cloison 21 s’étend sur une partie seulement de la hauteur, c’est-à-dire la dimension radiale, de la léchette 18,19 concernée.

[043] La cloison 21 comporte un bord d’extrémité 23 rectiligne et formant un angle a avec la direction radiale ou le plan radial. L’angle a est par exemple compris entre 30° et 90°. L’angle a est inscrit dans un plan ayant pour normale la direction axiale.

[044] Plusieurs variantes de réalisation sont illustrées aux figures 3A à 4B. [045] La forme géométrique et le positionnement des cloisons 21 peut varier en fonction des applications.

[046] Dans les variantes de réalisation illustrées aux figures 3A et 4A, la cloison 21, 27, s’étend radialement vers l’extérieur sensiblement jusqu’à l’extrémité radialement externe 24, 26 de la léchette 18, 19. En d’autres termes, la cloison 21, 27 présente une hauteur sensiblement équivalente à celle de la léchette 18, 19.

[047] De préférence, il existe un jeu de fonctionnement radial entre l’extrémité radialement externe 25 de la cloison 21, 27 et l’extrémité radialement externe 24, 26 de la léchette 18, 19. Ce jeu de fonctionnement est par exemple compris entre 0.5 et 2 mm.

[048] Un tel jeu permet ainsi d’éviter tout frottement de la cloison 21,27 sur le matériau abradable.

[049] Dans les variantes de réalisation illustrées aux figures 3B et 4B, la cloison 21,27, s’étend radialement vers l’extérieur sur une partie seulement de la dimension radiale de la léchette 18, 19.

[050] En d’autres termes, l’extrémité radialement externe 25 de la cloison 21, 27 est décalée radialement vers l’intérieur par rapport à l’extrémité radialement externe 24, 26 de la Iéchette18, 19.

[051] La distance radiale entre l’extrémité radialement externe 25 de la cloison 21,27 et l’extrémité radialement externe 24, 26 de la léchette 18, 19 est par exemple comprise entre 0,5 mm et 2 mm.

[052] Comme illustrée aux figures 3A à 4B, la cloison 21 située au niveau de la léchette 18 amont et la cloison 27 située au niveau de la léchette 19 aval peuvent s’étendre selon une direction formant un angle β avec la direction radiale.

[053] L’angle β est par exemple compris entre 0° et 60°.

[054] L’angle β est inscrit dans un plan comprenant les directions axiale et radiale.

[055] On notera que, dans les variantes de réalisation des figures 3A à 4B, l’angle a est égal à 0.

[056] Dans chaque variante de réalisation des figures 3A et 3B, la cloison 21 amont est perpendiculaire au plan de la léchette 18 amont.

[057] Par ailleurs, dans chaque variante de réalisation des figures 4A et 4B, la cloison 27 aval s’étend, au moins en partie, selon un plan formant un angle Θ avec l’axe X de la turbomachine. Ainsi, la cloison et la léchette s’étendent chacune radialement en saillie de la plateforme de l’aube. En particulier, la cloison 27 aval est inclinée dans la direction du sens de rotation de l’aube R, de manière à former un déflecteur pour le flux d’air.

[058] En d’autres termes, la cloison 27 aval est inclinée en direction de l’intrados. L’inclinaison en direction de l’intrados se révèle particulièrement 5 intéressante car elle rend plus difficile la recirculation d’air de la zone intrados vers la zone extrados.

[059] Ledit angle Θ est par exemple compris entre 0° et 60°.

[060] Dans chacune des formes de réalisation décrite précédemment, la cloison 21, 27 constitue un obstacle à une recirculation d’air de la zone 10 d’intrados vers la zone d’extrados, et permet ainsi de réduire les pertes liées à une telle recirculation. On augmente ainsi les performances de la turbine, tout en limitant la masse de l’aube 14 du fait des dimensions limitées de la plate-forme externe 15.

Claims

REVENDICATIONS

1. Aube (13) de turbine pour une turbomachine destinée à s’étendre autour d’un axe de la turbomachine, l’aube (13) comportant une pale (14) s’étendant radialement par rapport à l’axe entre une plateforme radialement interne (4) et une plateforme radialement externe (15), la pale (14) comprenant un bord d’attaque (16) axialement amont et un bord de fuite axialement aval, la plate-forme radialement externe (15) comprenant une extrémité amont (17) et une extrémité aval, la plate-forme radialement externe (15) comprenant au moins une léchette (18, 19) s’étendant radialement vers l’extérieur, caractérisée en ce que l’extrémité radialement externe (20) du bord d’attaque (16) de la pale (14) et/ou du bord de fuite de la pale (14) s’étendant axialement vers l’amont par rapport à l’extrémité amont (17) de la plate-forme (15) et/ou respectivement vers l’aval par rapport à l’extrémité aval de la plate-forme (15), et en ce que l’aube (13) comporte au moins une cloison (21,27) s’étendant radialement vers l’extérieur depuis l’extrémité radialement externe de la pale (14), et axialement entre le bord d’attaque (16) et l’extrémité amont (17) de la plate-forme (15), et/ou respectivement entre le bord de fuite et l’extrémité aval de la plate-forme (15) .
2. Aube (13) de turbine selon la revendication 1 caractérisée en ce que la cloison (21, 27) s’étend axialement entre le bord d’attaque (16) et une surface amont (22) de la léchette (18) et/ou respectivement entre le bord de fuite et une surface aval de la léchette (19).
3. Aube (13) de turbine selon la revendication 2, caractérisée en ce que la cloison (21, 27) s’étend radialement vers l’extérieur sensiblement jusqu’à l’extrémité radialement externe (24, 26) de la léchette (18, 19).
4. Aube (13) de turbine selon la revendication 2, caractérisée en ce que la cloison (21, 27) s’étend radialement vers l’extérieur sur une partie seulement de la dimension radiale de la léchette (18, 19).
5. Aube (13) de turbine selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la cloison (21, 27) s’étend selon une direction formant un angle avec la direction radiale.
6. Aube (13) de turbine selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la cloison (21, 27) comporte un bord d’extrémité amont (23) et/ou respectivement aval, rectiligne et formant un angle (a) avec la direction radiale, l’angle (a) s’inscrivant dans un plan normal à la direction axiale.
7. Aube (13) de turbine selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la léchette (18, 19) s’étend selon un plan, au moins une partie de la cloison (21, 27) s’étendant perpendiculairement au plan de la léchette (18, 19).
8. Aube (13) de turbine selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce la léchette (18, 19) s’étend selon un plan, au moins une partie de la cloison (21, 27) s’étendant selon un plan formant un angle (Θ) avec l’axe (X) de la turbomachine.
9. Aube (13) de turbine selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la cloison (21, 27) est courbe, par exemple concave vue de l’intrados de la pale (14).
10. Turbine de turbomachine, caractérisée en ce qu’elle comporte une roue aubagée comprenant des aubes (13) de turbine selon l’une des revendications 1 à 9.