FR3121170A1 - Aube de roue mobile de turbine de turbomachine - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne une roue mobile de turbine de turbomachine, ladite roue mobile comportant un disque (21a) et une pluralité d’aubes comprenant chacune une pale (23) avec un bord d’attaque (A) et un bord de fuite (F), ainsi qu’un pied (24) et une plateforme intérieure (25) séparant la pale (23) et le pied d’aube (24), caractérisée en ce qu’un caisson (27) est porté au moins par ladite plateforme (25), ledit caisson (27) étant adapté pour capter un écoulement secondaire remontant du disque (21a) et/ou du pied (24), ledit caisson (27) étant conformé et dimensionné pour guider et réinjecter ces gaz à travers au moins une ouverture de réinjection (28) que comporte la partie amont de la plateforme (25), avec une orientation et une vitesse voisines de celles des gaz de ladite veine au voisinage de ladite pale (23). Figure pour l’abrégé : figure 3

Description

AUBE DE ROUE MOBILE DE TURBINE DE TURBOMACHINE
DOMAINE TECHNIQUE GÉNÉRAL ET ART ANTÉRIEUR
L’invention se rapporte au domaine général des turbomachines.
Une turbomachine comporte classiquement un compresseur, une chambre de combustion et au moins une turbine. La turbine présente une alternance de roues mobiles (rotor) et d’étages de distributeurs (stator). Le rôle de la turbine est d’entrainer en rotation le compresseur en prélevant une partie de l'énergie de pression des gaz chauds en sortie de la chambre de combustion et en la transformant en énergie mécanique.
La performance de la (ou des) turbine(s) est un enjeu important pour les turbomachines.
On a représenté sur la un pied d’aube PA de roue mobile R disposé entre deux étages de distributeur D1 et D2. Il existe le long des pieds d’aubes des roues mobiles des écoulements secondaires (flèches ES) qui remontent de l’axe du rotor et sont réinjectés dans le flux de veine. Or, ces écoulements, et notamment ceux en amont d’un pied d’aube par rapport au sens d’écoulement de la veine principale, ont généralement des directions de réinjection très différentes de celle du flux de veine (par exemple des directions radiales ainsi qu’illustré sur la ). Ils perturbent le flux de veine et contribuent par conséquent à dégrader la performance de la machine.
PRÉSENTATION GÉNÉRALE DE L’INVENTION
Un but général de l’invention est d’améliorer les performances d’une turbomachine.
Un autre but encore de l’invention est de proposer une solution permettant de limiter les perturbations créées dans le flux de veine par ces écoulements secondaires.
La solution proposée minimise l’hétérogénéité de ce flux avec le flux de la veine en contrôlant la vitesse du flux réintroduit.
Selon un aspect, l’invention propose une roue mobile de turbine de turbomachine, comportant un disque et une pluralité d’aubes montées sur le disque. Chaque aube comprend une pale avec un bord d’attaque et un bord de fuite, ainsi qu’un pied et une plateforme intérieure séparant la pale et le pied d’aube. Un caisson étant porté au moins par ladite plateforme, ledit caisson étant adapté pour capter un écoulement secondaire remontant du disque et du pied, ledit caisson étant conformé et dimensionné pour guider et réinjecter ces gaz à travers au moins une ouverture de réinjection que comporte la partie amont de la plateforme, avec une orientation et une vitesse voisines de celles des gaz de ladite veine au voisinage de ladite pale.
Dans tout le présent texte, les termes amont et aval s’entendent par rapport au sens d’écoulement des gaz ; les termes flux de veine désigne le flux d’écoulement qui entraine la turbine.
Le caisson est conformé et dimensionné pour guider et réinjecter ces gaz en amont du bord d’attaque de la pale, au moins une ouverture de réinjection débouchant devant la pale, en amont de la plateforme,
Notamment, le caisson comporte au moins une ouverture de captation et au moins une section de guidage dont les dimensions et la géométrie sont adaptées avec celles de la (ou des) ouverture(s) de réinjection, pour d’une part permettre au débit capté de sortir du caisson avec un angle cohérent avec celui de la giration de l’écoulement dans la veine et d’autre part pour minimiser l’écart de valeur de vitesse entre le flux du débit réinjecté et le flux dans la veine.
Dans un mode de réalisation possible, la section de guidage présente une forme qui est évolutive et qui est adaptable pour piloter la vitesse du débit réinjecté.
Par ailleurs, un caisson peut être porté au moins en partie par un pied et/ou le disque, la géométrie dudit pied et/ou disque participant au moins partiellement à la captation d’un écoulement secondaire de gaz.
L’invention concerne également une turbine de turbomachine comportant au moins une telle aube, ainsi qu’une turbomachine comportant au moins une roue de rotor du type proposé.
Elle s’applique aussi bien aux turbines basse pression qu’aux turbines haute pression.
Elle concerne une turbomachine comportant une telle turbine, ainsi qu’un aéronef comportant une telle turbomachine.
PRÉSENTATION DES FIGURES
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des figures annexées sur lesquelles :
- la est une représentation schématique d’un détail d’une turbine conforme à l’état de la technique ;
- la est une représentation schématique d’une turbomachine ;
- la une représentation d’un détail d’une turbine conforme à l’invention ;
- la illustre schématiquement un exemple de structure de caisson pour une turbine du type de celle de la .
DESCRIPTION D’UN OU PLUSIEURS MODES DE MISE EN ŒUVRE ET DE REALISATION
S tructure générale d’une turbomachine.
Sur la , il est représenté une turbomachine 1 d'aéronef, en l’occurrence un turboréacteur à double flux et à double corps. L’invention s’applique bien entendu à tout autre type de turbomachine, par exemple un turbopropulseur.
La turbomachine 1 présente un axe central longitudinal 2 autour duquel s'étendent ses différents composants.
Elle comprend, d'amont en aval selon une direction principale 5 d'écoulement des gaz à travers cette turbomachine, une soufflante 3, un compresseur basse pression 4, un compresseur haute pression 6, une chambre de combustion 11, une turbine haute pression 7 et une turbine basse pression 8.
Après avoir traversé la soufflante, l'air se divise en un flux primaire central 12a et un flux secondaire 12b qui entoure le flux primaire. Le flux primaire 12a s'écoule dans une veine primaire 14a d'écoulement des gaz traversant les compresseurs 4, 6, la chambre de combustion 11 et les turbines 7, 8. Le flux secondaire 12b s'écoule quant à lui dans une veine secondaire 14b délimitée radialement vers l'extérieur par un carter moteur, entouré d'une nacelle 9.
Turbine
La représente de manière plus détaillée une partie de la turbine basse pression 8. L’invention s’applique bien entendu de la même façon à la turbine haute pression 7.
La turbine 8 présente une alternance de roues mobiles 21 (rotor) et d’étages de distributeurs 20 (portions de stator de la turbine). Sur la , il a été représenté deux distributeurs 20 entre lesquels se trouve une aube 22 d’une roue mobile 21.
Les distributeurs 20 comportent quant à eux classiquement des aubes 26 s’étendant entre une plateforme intérieure et une plateforme extérieure (non visible sur la figure).
Une roue mobile 21 comporte quant à elle un disque 21a qui porte une pluralité d'aubes 22.
Chaque aube 22 de roue mobile comprend, de façon en soi bien connue, une pale 23, un pied 24 et une plateforme intérieure 25.
La pale 23 comporte un bord d’attaque A, un bord de fuite F, un intrados et un extrados.
Le pied 24 est par exemple un pied à section en forme de bulbe prolongé par une échasse (non représentée).
La plate-forme intérieure 25 est située entre le pied 24 et la pale 23. Elle comporte une partie amont 25a et une partie aval 25b.
Le pied 24 et la plateforme 25 ont la particularité d’être équipés d’au moins un caisson 27 de captation du flux de gaz.
L’aube 22 est alors l’élément adapté qui assure la captation d’un écoulement secondaire de gaz remontant en amont le long du disque 21a et/ou du pied d’aube 24.
L’écoulement ainsi capté étant ensuite destiné à être réinjecté dans le flux de veine.
En variante, le disque 21a peut assurer – par exemple, par sa géométrie -au moins en partie la captation de l’écoulement secondaire destiné à être ensuite réinjecté dans le flux de veine. La fonction de captation est alors assurée par le disque et la ou les aubes.
On décrit ci-après le cas où la captation est assurée par un caisson porté par la plateforme 25 d’une aube 22.
Caisson ( s ) 2 7 de captation et guidage des écoulements secondaires
Sur la , le caisson 27 est disposé sous la plateforme intérieure amont 25a. Il s’étend en saillie par rapport à celle-ci, du côté opposé à la pale 23 et capte l’écoulement secondaire de gaz qui remonte le long du pied 24 (flèches sur la figure).
Un tel caisson 27 débouche dans une ouverture de réinjection 28 qui traverse la plateforme intérieure amont 25a et débouche de celle-ci en amont du bord d’attaque de la pale 23. En variante, plusieurs ouvertures peuvent être prévues pour répartir le flux devant le bord d’attaque de la pale.
Le caisson 27 et l’ouverture de réinjection 28 assure une réinjection de l’écoulement secondaire capté dans le flux de veine (flèche V sur la ). A la sortie de l’ouverture 28, l’écoulement est redirigé dans le flux de veine, en amont du bord d’attaque, selon une direction voisine à la direction de giration de la veine et avec un sens allant de l’intrados vers l’extrados.
Plus précisément, ainsi que l’illustre la , le caisson 27 comporte, à son extrémité opposée à la plateforme intérieure amont 25a, une ouverture 30 de captation élargie. Entre ladite ouverture 30 et l’ouverture 28, le caisson 27 comporte une section intérieure 31 dont la géométrie et les dimensions sont optimisées avec celles des ouvertures 30 et 28 de captation et de réinjection pour permettre à l’écoulement secondaire capté d’être réinjecté avec une vitesse (norme et composante) la plus proche possible de celle de ladite veine V au voisinage immédiat de ladite plateforme 25a.
En particulier, ces dimensions et géométrie permettent à l’écoulement capté de sortir du caisson 27 avec un angle cohérent avec celui de la giration de l’écoulement dans la veine V (même direction +/- 10°, préférentiellement +/- 5°).
En outre, ces dimensions et géométrie sont également adaptées pour minimiser l’écart de vitesse entre le flux réinjecté et le flux dans la veine (même vitesse +/- 15%, préférentiellement +/-10%, encore plus préférentiellement +/- 5%).
Grâce à cette configuration, les pertes aérodynamiques liées à l’hétérogénéité entre ces deux flux sont fortement minimisées.
L’ouverture 28 de réinjection d’un caisson 27 peut être une fente ou présenter toute autre configuration, y compris des formes plus complexes.
Une telle ouverture 28 peut présenter une inclinaison avec un angle azimutal pour donner de la giration au flux réinjecté.
Elle peut en outre présenter un angle radial pour la réintroduction dans la veine. Notamment, l’ouverture 28 peut à cet effet présenter des bords biseautés qui contribuent au guidage du flux du débit de l’écoulement réinjecté.
L’ouverture 28 peut également présenter une forme qui est évolutive pour piloter la vitesse du débit de l’écoulement réinjecté. Une configuration peut par exemple comprendre un volet mobile dont la position est contrôlée par le débit dans la veine.
Les caissons 27 peuvent soit être intégrés dans la fonderie d’un pied de pale 24 et de sa plateforme 25, soit être usinés. Des procédés de fabrication additive pourront typiquement être envisagés.

Claims (9)

  1. Roue mobile de turbine de turbomachine, ladite roue mobile comportant un disque (21a) et une pluralité d’aubes comprenant chacune une pale (23) avec un bord d’attaque (A) et un bord de fuite (F), ainsi qu’un pied (24) et une plateforme intérieure (25) séparant la pale (23) et le pied d’aube (24), caractérisée en ce qu’un caisson (27) est porté au moins par ladite plateforme (25), ledit caisson (27) étant adapté pour capter un écoulement secondaire remontant du disque (21a) et/ou du pied (24), ledit caisson (27) étant conformé et dimensionné pour guider et réinjecter ces gaz à travers au moins une ouverture de réinjection (28) que comporte la partie amont de la plateforme (25), avec une orientation et une vitesse voisines de celles des gaz de ladite veine au voisinage de ladite pale (23).
  2. Roue mobile de turbine de turbomachine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le caisson (27) est conformé et dimensionné pour guider et réinjecter ces gaz en amont du bord d’attaque (A) de la pale (23), au moins une ouverture de réinjection (28) débouchant devant la pale (23), en amont (25a) de la plateforme (25).
  3. Roue mobile de turbine de turbomachine selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que le caisson (27) comporte au moins une ouverture de captation (30) et au moins une section de guidage (31) dont les dimensions et la géométrie sont adaptées avec celles de la (ou des) ouverture(s) de réinjection (28), pour d’une part permettre au débit collecté de sortir du caisson avec un angle cohérent avec celui de la giration de l’écoulement dans la veine et d’autre part pour minimiser l’écart de valeur de vitesse entre le flux réinjecté et le flux dans la veine.
  4. Roue de turbine de turbomachine selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la section de guidage présente une forme qui est évolutive et qui est adaptable pour piloter la vitesse du débit réinjecté.
  5. Roue de turbine de turbomachine selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu’un caisson est porté au moins en partie par un pied et/ou le disque, la géométrie dudit pied et/ou disque participant au moins partiellement à la captation d’un écoulement secondaire de gaz.
  6. Rotor de turbine de turbomachine, caractérisé en ce qu’il comporte au moins une roue mobile selon l’une des revendications précédentes.
  7. Turbine de turbomachine caractérisée en ce qu’elle comporte au moins un rotor de turbine selon la revendication précédente.
  8. Turbomachine comportant au moins une turbine selon la revendication précédente.
  9. Aéronef caractérisé en ce qu’il comporte au moins une turbomachine selon la revendication précédente.
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