CH472571A - Aube de turbomachine, et procédé de fabrication de ladite aube - Google Patents

Description

Aube de turbomachine, et procede de fabrication de ladite aube L'invention se rapporte ä une aube de turbomachine comprenant une cavite etanche contenant une subs- tance se presentant dans les conditions normales de fonc- tionnement de l'aube, ä la fois en Phase liquide et en Phase vapeur.

Lorsqu'une teile aube est soumise exterieurement, ä Tune de ses extremites, ä un flux ä temperature elevee, et ä son autre extremite, ä un flux ä temperature plus bisse, cette substance, par exemple un naetal fondu tel que 1e sodium, joue de fagon connue un röle de transfert de chaleur dune extremite ä 1'autre de l'aube, et peut contribuer ä 1'uniformisation de l'aube ä une valeur ne depassant pas une Limite predeterminee.

Ce transfert de chaleur repose, en Premier lieu, sur la convection naturelle qui s'etablit dans 1e circuit ferme constitue par la cavite etanche.

Dans 1e cis dune aube rotorique, cette convection est favorisee considerablement par 1'action de la force centrifuge qui etablit, ä 1'interieur de l'aube, des cou- rants dus aux differences de densite, dans les diverses zones de l'aube, de la substance de transfert de chaleur.

Mais ce facteur favorable ne joue pas pour des aubes statoriques fixes, pour lesquelles il est tres difficile d'eta- lalir une circulation naturelle, surtout dans 1e Gas d'aubes statoriques situees dans la moitie inferieure dune tur- bine. Ort pourrait envisager une circulation forcee de la substance de transfert de chaleur, par exemple au moyen dune pompe et d'un circuit externe, mais la complica- tion apportee par une circulation forcee de ce genre (Pro bleme d'installation de Pompes ä metal liquide sur un avion, d'etancheite des garnitures et des circuits, de fia- bilite generale) est teile quelle ne permet pas, en prati- que, de retenir une teile solution. Le problPme de la circulation naturelle, c'est-ä-dire 1e Probleme du retour de la Phase liquide depuis la zone oü a lieu la conden- sation vers Gelle oü se produit la vaporisation, reste donc pose dans 1e cri d'aubes fixes et, en particulier, dans 1e Gas d'aubes statoriques.

Une deuxieme difficulte rencontree dans les instal- lations connues est liee au fait que 1'emploi, ä titre de substance de transfert de chaleur, de metal fondu subis- sant, en fonctionnement, un changement de Phase li- quide-vapeur, entraine un remplissage seulement partiel par 1e metal fondu, de la cavite menagee ä cet effet ä 1'interieur de l'aube. 0r, dans 1e Gas oü ce metal fondu est solide ä la temperature ordinaire, la solification de ce dernier ä 1'arret de la machine se produit, du fait de la pesanteur, dans des zones preferentielles, ä savoir la Par tie bisse de l'aube, cette Partie bisse pouvant se trou- ver aussi bien au pied qu'ä la tete de l'aube.

Dans le cis d'aubes rotoriques, ce phenomene en- traine pour 1e rotor qui les Porte l'apparition de balourds au demarrage de la turbomachine. Dans 1e cis d'aubes statoriques, la solidification du metal liquide, dans cer- taines zones pv-eferentielles de l'aube, entraine pour cer- taines aubes l'annihilation du refroidissement desdites au- bes, les zones d'evaporation baignees au demarrage par 1e fluide de travail de la turbomachine etant alors de- pourvues de metal fondu de transfert de chaleur.

Une autre difficulte ä laquelle an se heurte dans 1e Gas des aubes creuses connues est Gelle du refroidisse- ment de la region du bord de fuite de l'aube. Celui-ei etant tres effile et les canaux de metal fondu etant quasi circulaires, an rencontre, faute d'espace, une limi- tation de caractere technologique pour loger un tel canal 1e long du bord de fuite de l'aube.

Laube que comprend 1'invention est caracterisee par 1e fait que la cavite etanche presente interieurement un reseau capillaire imprzgne par la substance en Phase liquide.

Suivant une forme d'execution de 1'invention, 1e re- seau capillaire est constitue par un ensemble de rainures pratiquees sur la paroi interieure de la cavite. Selon une autre forme d'execution, le rdseau capillaire est constitue par une toile ä mailles fines tapissant la paroi interieure de la cavite.

La structure capillaire fait dans tous lös Gas office de meche et assure 1e pompage de la Phase liquide qui cir- cule ä travers cette structure capillaire depuis la Partie s froide de l'aube (oü il y a condensation) vers la Partie chaude (oü a lieu la vaporisation), tandis que, dans la cavite centrale, bordde par la meche, la vapeur circule en sens inverse, c'est-ä-dire de Pevaporateur vers 1e condensateur.

0n notera qu'ä Parret, 1e metal fondu sature la struc- ture capillaire et s'y solidifie in situ avec une repartition homogene, si bien que 1e mdtal de transmission de cha- leur se trouve dans lös zones souhaitdes au ddmarrage de la machine.

0n notera, en outre, que la circulation de mCal liqui de ne necessitant pas 1'amenagement dans la masse de Taube de canaux speciaux ayant un certain encombre- ment transversal, mais dune simple structure capillaire extremement fine, an peut Cendre aisement celle-ci jus- qu'au bord de fuite meine de l'aube.

L'invention comprend egalement un procdde de fa- brication de Paube creuse selon 1'invention, caracterise par 1e fait qu'on manage au prealable 1e reseau capil- laire sur 1e paroi dune töle, qu'on replie ensuite ladite töle de maniere ä former un bord d'attaque et qu'on soude lös deux extremites replides de la töle de maniere ä former un bord de fuite.

Le dessin annexe illustre, ä titre d'exemple, deux formes d'exdcution de l'aube selon Pinvention.

La fig. 1 illustre de fa@on tres schematique le pheno- mene mis en Oeuvre dans la presente invention.

Les fig. 2 et 3 sont des coupes transversales schdma- tiques de Ges deux formes d'exdcution de Paube.

La fig. 4 est une demi-coupe axiale schematique par tielle illustrant Papplication de Pinvention dans 1e cadre de turbordacteurs ä double flux.

Sur la fig. 1, an a represente de fagon rudimentaire une aube creuse 1 contenant du sodium en Phase liquide et en Phase gazeuse, cette aube dtant exposde, dune Part, en<B>l</B> a, ä un flux ä tempdrature elevde dit flux chaud F et, d'autre Part, en 1 b, ä un flux ä temperature plus basse dit flux froid F'.

Sous 1'effet de la chaleur du flux chaud F Sur la Par tie la de Paube, du sodium ä 1'etat liquide se transforme en vapeur et la vapeur se ddplace selon la fleche f de la Partie la vers la Partie 1b oü eile se condense sous Peffet d'un refroidissement exerce par 1e flux froid F. Le so- dium liquide qui en resulte retourne RTI ID="0002.0276" WI="8" HE="4" LX="812" LY="2105"> alors vers la Partie 1 a selon la fleche f'.

Il s'etablit ainsi un transfert de chaleur entre deux lieux la et 1b geometriquement distincts, par change- ment de Phase du sodium : evaporation dans la zone chaude la qui joue 1e röle d'evaporateur et conden- sation dans la zone froide 1b qui joue donc 1e röle de condensateur, etant admis que la vapeur de sodium se deplace de Pevaporateur la vers 1e condensateur lb selon la fleche f et que 1e sodium liquide effectue 1e Par cours inverse selon la fleche f'.

Dans la representation illustrde, la Partie 1 a de Tau be en est la töte et la Partie 1 b 1e pied.

Le mouvement de retour de la Phase liquide en di- rection de Nvaporateur (fleche f') est assure par capil- larite ä Paide dune meche. Cette meche peut etre incorporde et constitude par un corps de structure capillaire 2 (fig. 2) obtenue tres sim- plement par rainurage longitudinal et eventuellement transversal de la paroi meine de Paube creuse 1, la capa- cit6 interne 3 de celle-ei permettant la circulation de vapeur.

En variante, la meche peut etre rapportee et cons- titude par une toile metallique 4 ä mailles fines tapissant la paroi de Paube creuse 1 (fig. 3).

Dans 1'un et 1'autre Gas, 1e reseau capillaire est suffi- samment mince pour qu'on puisse 1e prolonger jusqu'au bord de fuite meine de l'aube, aussi effild soit-il. Ort aura avantage ä realiser Paube creuse de fa@on connue en soi ä partir dune töle pliee autour du bord d'attaque et soudde 1e long du bord de fuite, 1e reseau capillaire 2 ou 4 etant prealablement amenage.

Ainsi, Taube creuse 1 se presente sous la forme dune capsule scellee qui constitue un barreau de conductivite quasi infinie transferant, sous un ecart de temperature faible, 1e chaleur de la zone la exposee aux gaz chauds F vers Gelle 1b exposee au fluide de refroidissement F.

La fig. 4 represente un turboreacteur ä double flux dit turbofan dont an voit en 5 1e ventilateur ou com- presseur basse Pression, en 6 1e compresseur haute Pres sion, en 7 la chambre de combustion, en 8 lös aubages mobiles de la turbine. Le flux Primaire interne chaud est separe du flux secondaire externe froid par un carter 9.

Dans Papplication de Pinvention ä un tel turbofan, an utilise Pair secondaire venant du ventilateur 5 pour 1e refroidissement du pied des aubes fixes 1, ce qui per- met de disposer d'un grand ddbit d'air ainsi que dune surface d'dchange qui peut etre considerablement ddve- loppde sous la forme dune Sorte de radiateur 10 externe au distributeur.

Un des avantages appreciables deRTI ID="0002.0549"WI="7" HE="4" LX="1777" LY="1540"> cette solution est de ne ndcessiter aucun prelevement spdcial d'air au com- presseur, ce qui se ferait au ddtriment du rendement thermodynamique de la machine, comme c'est 1e Gas pour lös solutions actuelles oiz Fon fait appel ä un prd- levement d'air ä haute Pression sous un faible ddbit, ce prelevement devant eire ndcessairement limite.

Claims (6)

1. REVENDICATIONS I. Aube de turbomachine, comprenant une cavite etanche contenant une substance se presentant, Jans lös conditions normales de fonctionnement de Paube, ä la fois en Phase liquide et en Phase vapeur, caracterisee par 1e fait que la cavite etanche prdsente interieurement un reseau capillaire impregne par la substance en Phase liquide. 1I. Procdde de fabrication de Paube selon la reven- dication I, caracterise par 1e fait que 1'on manage au prealable le rdseau capillaire Sur la paroi dune töle, que 1'on replie ensuite ladite töle de maniere ä former un Bord d'attaque et que 1'on soude lös deux extremites repliees de la töle de maniere ä former un bord de fuite. SOUS-REVENDICATIONS 1. Aube de turbomachine suivant la revendication I, caracterisee par 1e fait que 1e reseau capillaire est cons- titue par un ensemble de rainures pratiqudes Sur la paroi de la cavite.
2. 2. Aube de turbomachine suivant la revendication I, caracterisee par 1e fait que 1e reseau capillaire est cons- titu6 par une toile ä mailles fines tapissant la paroi inte- tieure de la cavite.
3. 3. Aube de turbomachine suivant la revendication 1, caracterisee par 1e fait quelle comprend une premiere zone destinee ä etre exposee exterieurement ä 1'action de la chaleur, et une deuxieme zone destinee ä etre exposee exterieurement ä 1'action d'un fluide de refroidissement.
4. 4. Aube de turbomachine suivant la revendication 1 et la sous-revendication 3, caractdrisee par 1e fait quelle comprend, dans la zone destinee ä etre exposee au fluide de refroidissement, un ensemble d'ailettes.
5. 5. Aube de turbomachine suivant la revendication 1, caraeterisee par 1e fait que 1e reseau capillaire se pro- longe jusqu'au bord de fuite de l'aube.
6. 6. Aube de turbomachine suivant la revendication 1, caracterisee par 1e fait que la substance contenue dans la cavite de l'aube est constituee, au moins partiellement, par un metal ou un alliage fondu, tel que 1e sodium.