FR2672338A1 - Aube de turbine munie d'un systeme de refroidissement. - Google Patents

Aube de turbine munie d'un systeme de refroidissement. Download PDF

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Abstract

La présente invention concerne une aube de turbine munie d'un système de refroidissement. A l'intérieur d'une cavité de l'aube, on montre une cloison longitudinale (32) qui laisse un passage (40) entre son bord (32c) et l'extrémité supérieure (14) de l'aube. L'air de refroidissement pénètre par les orifices (56, 58), circule dans les deux demi-cavités limitées par la cloison (32) et ressort par des orifices (60) ménagés dans la paroi extrados (18).

Description

AUBE DE TURBINE MUNIE D'UN SYSTEME DE REFROIDISSEMENT
La présente invention a pour objet une aube de turbine
munie d'un système de refroidissement interne.
De façon plus précise, la présente invention concerne une aube de turbine et notamment, mais non exclusivement, pour une turbine d'avion, qui est munie dans une de ses cavités internes de dispositions permettant un refroidissement des parois externes de
cette partie de l'aube.
La compétition industrielle et commerciale conduit les fabricants de moteurs d'avion à améliorer constamment les
performances et le rendement des produits qu'ils mettent au point.
Ces résultats peuvent être obtenus en particulier en augmentant la température des gaz à l'entrée de la turbine Il résulte de cette tendance que, dans la turbine, une des pièces les plus sollicitées par cette élévation de la température d'admission est le distributeur du premier étage de la turbine Il est donc impératif de refroidir correctement les aubages constituant le distributeur Ce refroidissement est de façon connue obtenu par circulation interne d'air de refroidissement dans des cavités
ménagées à l'intérieur de l'aube.
La demande de brevet français FR-A-2 150 475 montre une aube de turbine dans laquelle est montée une pièce d'insertion formant une cloison centrale maintenue de chaque côté par des nervures faisant saillie hors des faces internes des parois de l'aube Le fluide de refroidissement admis à une des extrémités de l'aube suit un trajet en spirale de part et d'autre de la cloison
centrale en raison de la présence des nervures.
Dans le brevet américain US-A-4 312 624, on décrit une aube de turbine dans laquelle est mis en place une chemise interne définissant deux compartiments L'air de refroidissement est admis à chaque extrémité d'un des compartiments et ressort par des
orifices ménagés à l'autre extrémité de chaque compartiment.
Dans le brevet américain US-A-4 859 141, on décrit une aube de turbine refroidie à l'aide d'une chemise montée à
l'intérieur de la cavité de l'aube.
Toutes les solutions antérieures mentionnées ci-dessus présentent l'inconvénient de nécessiter un montage délicat d'une chemise ou d'une cloison à l'intérieur de l'aube de la turbine En outre, ces dispositions ne permettent pas une circulation de l'air de refroidissement à l'intérieur de l'aube de turbine qui permet
d'obtenir des résultats satisfaisants.
Pour remédier à ces inconvénients, un objet de l'invention est de fournir une aube de turbine munie d'un système de refroidissement qui ne complique pas significativement la réalisation de l'aube de turbine tout en permettant d'améliorer l'efficacité du refroidissement produit par la circulation de l'air à l'intérieur de l'aube aussi bien en ce qui concerne la paroi
intrados que la paroi extrados.
Pour atteindre ce but, l'aube de turbine selon l'invention qui comporte au moins une cavité interne s'étendant du pied de l'aube à son sommet, la cavité étant limitée par une paroi intrados, une paroi extrados et deux cloisons internes raccordées auxdites parois, se caractérise en ce que l'aube comprend en outre à l'intérieur de la cavité une cloison médiane dont deux des bords sont solidaires des cloisons internes, la cloison médiane s'étendant entre les parois et laissant un passage à proximité d'une première extrémité de l'aube entre les deux demi-cavités séparées par ladite cloison médiane, des orifices d'admission d'air débouchant dans la demi-cavité limitée par la paroi intrados à proximité de la deuxième extrémité de l'aube, des orifices de sortie d'air ménagés dans la paroi extrados et des éléments perturbateurs disposés sur au moins une partie de la face interne
de la paroi intrados.
On comprend que, grâce à la présence de la cloison médiane, l'air de refroidissement circule d'abord le long de la face interne de la paroi intrados, puis le long de la totalité de la face interne de la paroi extrados En outre, grâce à la présence des éléments perturbateurs sur la face interne de la paroi intrados, la surface d'échange entre cette paroi et l'air de refroidissement est augmentés, ce qui améliore l'effet de refroidissement En outre, ces mêmes éléments perturbateurs créent des mouvements tourbillonnaires de l'air de refroidissement à proximité de cette paroi, ce qui a également pour effet d'améliorer
le refroidissement de celle-ci.
Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, l'aube de turbine comprend en outre à l'intérieur de la cavité deux demi-cloisons transversales solidaires respectivement de la cloison médiane et des parois intrados et extrados et s'étendant de la
première à la deuxième extrémité de l'aube, par quoi chaque demi-
cavité est divisée en deux passages, dans chacun desquels circule
l'air de refroidissement, comme celè a été indiqué précédemment.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la
description qui suit de plusieurs modes de réalisation de
l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs La
description se réfère aux figures annexées sur lesquelles:
la figure 1 est une vue en coupe transversale d'une aube de turbine munie du système de refroidissement; la figure 2 est une vue de l'aube de la figure 1 en coupe verticale selon la ligne II-II de la figure 1; la figure 3 est une vue analogue à la figure 1 montrant une première variante de réalisation de l'aube; et la figure 4 est une vue similaire à celle de la figure
1 montrant une deuxième variante de réalisation de l'aube.
En se référant tout d'abord aux figures 1 et 2, on va
décrire un premier mode de réalisation d'aubes selon l'invention.
Sur ces figures, on a représenté une aube 10 qui est par exemple
l'aube de l'étage d'entrée du distributeur d'une turbine à gaz.
L'aube comprend une extrémité inférieure ou pied 12 et une extrémité supérieure libre 14 L'aube 10 est également limitée par une paroi intrados 16 et par une paroi extrados 18, ces deux parois 16 et 18 se réunissant pour former un bord d'attaque 20 et un bord de fuite 22 L'intérieur de l'aube est séparé en plusieurs cavités par des cloisons internes 22 et 24 s'étendant entre le pied 12 et l'extrémité supérieure 14 de l'aube Les cloisons internes 22 et 24 définissent ainsi trois cavités internes,
respectivement référencées 26, 28 et 30.
L'invention concerne le refroidissement de la cavité médiane 28, limitée par les cloisons internes 22 et 24 A l'intérieur de la cavité 28, on trouve une cloison médiane 32 dont les bords 32 a et 32 b sont fixés de façon étanche sur les cloisons internes 22 et 24 En outre, dans le mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, on trouve également deux demi-cloisons transversales 34 et 36 qui s'étendent respectivement entre la paroi intrados 16 et la cloison médiane 32 et entre la cloison médiane 32 et la paroi extrados 18 Les demi-cloisons tranversales 34, 36 s'étendent sur toute la longueur de la cavité
interne 28 de l'aube.
Au contraire, comme on le voit mieux sur la figure 2, la cloison médiane 32 ou cloison médiane s'étend depuis le pied 12 de l'aube, mais son bord libre 32 c s'arrête avant la cloison d'extrémité 14 de l'aube de telle manière qu'il existe un passage entre les deux demi- cavités 48 et 46 limitées par la cloison médiane 32 Comme on le voit mieux sur la figure 1, en fait, chaque demi-cavité 48 ou 46 est divisée elle-même en deux passages respectivement référencés 46 a et 46 b pour la demi-cavité 46 et 48 a et 48 b pour la demi-cavité 48 Sur la face interne 16 a de la paroi intrados 16 et dans chaque passage 48 a, 48 b sont disposés des éléments perturbateurs 50 et 52 qui s'étendent sur au moins une partie de la hauteur de l'aube Ces éléments perturbateurs
seront décrits ultérieurement.
Ainsi qu'on le voit mieux sur la figure 2, des orifices d'alimentation en air 56 et 58 sont ménagés dans le pied de l'aube pour déboucher respectivement dans les passages 48 a et 48 b Dans la paroi extrados 18 sont ménagés des orifices de sortie d'air référencés 60 sur la figure 2 On trouve des orifices 60 aussi
bien dans le passage 46 a que dans le passage 46 b.
On comprend qu'ainsi la circulation de l'air de refroidissement à l'intérieur de la cavité 44 se fait depuis les orifices 56 et 58 ménagés dans le pied de turbine L'air de refroidissement s'écoule dans les passages 48 a et 48 b en refroidissant ainsi la paroi intrados 16 puis cet air de refroidissement, par le passage d'extrémité 40, s'écoule rapidement dans les passages 46 a et 46 b pour sortir par les orifices 60 ménagés dans la paroi extrados 18 On obtient ainsi un refroidissement de la face externe de la paroi extrados par
formation de films d'air.
De préférence, les éléments perturbateurs 52 et 50 sont réalisés par des aspérités produites sur la face interne 16 a de la cloison intrados Ces éléments perturbateurs peuvent encore être réalisés par des nervures ou par un état de surface rugueux En revanche, la face interne 18 a de la paroi extrados 18 est parfaitement lisse pour limiter les pertes de charge dans la cavité et avoir ainsi une bonne répartition de débit dans les orifices d'émission 60 Les éléments perturbateurs augmentent la surface
d'échange entre l'air de refroidissement et la paroi intrados.
Celà améliore donc le refroidissement En outre, ces éléments perturbateurs provoquent la formation de "tourbillons d'air" à proximité de la paroi, ce qui améliore également le
refroidissement de celle-ci.
On obtient ainsi un refroidissement différent pour la paroi intrados 16 et pour la paroi extrados 18 L'air sortant par les orifices 60 forme des films de refroidissement sur la face externe 18 b de la paroi extrados 18 améliorant ainsi son refroidissement. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, l'ensemble de la cloison médiane 32 et des demi-cloisons transversales 34 et 36 est réalisé par fonderie en même temps que le reste de l'aube et notamment en même temps que les cloisons internes 22 et 24 Comme on l'a déjà indique, les éléments perturbateurs 52 et 50 sont également réalisés lors de la formation de l'aube Dans ce cas, l'épaisseur minimale des
cloisons est de 0,7 mm.
Le mode de réalisation représenté sur la figure 3 se distingue du mode de réalisation des figures 1 et 2 par le fait que l'ensemble formant la cloison médiane qui est ici référencée 32 ' et les deux demi- cloisons transversales référencées 34 ' et 36 ' sont formées par une seule pièce séparée du reste de l'aube, référencée 70 Cette pièce 70, qui est de préférence en tôle, est mise en place dans la cavité 44 et les extrémités respectivement de la partie formant la cloison médiane 34 ' et de la partie de la pièce formant les demi- cloisons transversales 34, 36 ' sont brasées respectivement sur les parois intrados 16 et extrados 18 et sur
les cloisons internes 22 et 24.
Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 4, les deux demicloisons transversales référencées ici 36 " et 34 "
sont réalisées par fonderie en même temps que le reste de l'aube.
En d'autres termes, l'ensemble des deux demi-cloisons transversales 34 " et 36 " forment une cloison analogue aux cloisons internes 22 et 24 La cloison médiane référencée ici 32 ' est constituée par deux demi- tôles 72 et 74 dont les extrémités respectivement 72 a, 72 b et 74 a, 74 b sont respectivement brasées sur les demi-cloisons transversales 34 ", 36 " et sur les cloisons internes 22 et 24 On reconstitue ainsi fonctionnellement le même cloisonnement de la cavité médiane 44 Les demi-tôles ont une épaisseur de l'ordre de
0,4 mm.
Dans la description précédente, on a considéré le cas o
chaque demi-cavité 46, 48 était séparée en deux passages longitudi-
naux par les demi-cloisons transversales 34 et 36 définissant ainsi deux trajets parallèles pour le gaz de refroidissement Cette disposition permet d'améliorer le refroidissement en créant ainsi deux circuits de refroidissement en parallèle Cependant, on ne sortirait pas de l'invention, si le système de refroidissement de l'aube de turbine ne comportait pas les demi-cloisons transversales Dans ce cas, on a bien sûr un seul circuit pour
l'air de refroidissement à l'intérieur des demi-cavités 46 et 48.

Claims (6)

REVENDICATIONS
1 Aube de turbine munie d'un système de refroidissement, ladite aube comportant au moins une cavité interne ( 28) s'étendant du pied de l'aube ( 12) à son sommet ( 14), ladite cavité étant limitée par une paroi intrados ( 16), une paroi extrados ( 18) et deux cloisons internes ( 22, 24) raccordées auxdites parois, caractérisée en ce que ladite aube comprend en outre à l'intérieur de ladite cavité ( 28) une cloison médiane ( 32) dont deux bords ( 32 a, 32 b) sont solidaires desdites cloisons internes s'étendant entre lesdites parois ( 16, 18) et laissant un passage ( 40) à proximité d'une première extrémité de l'aube ( 14) faisant communiquer les demi-cavités ( 46, 48) séparées par ladite cloison médiane, des orifices d'admission d'air ( 56, 58) débouchant dans ladite demi-cavité associée à la paroi intrados ( 16) à proximité de la deuxième extrémité de l'aube ( 12), des orifices ( 60) de sortie d'air ménagées dans la paroi extrados et des éléments perturbateurs ( 50, 52) disposés sur au moins une partie de la face
interne de la paroi intrados.
2 Aube de turbine selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre, à l'intérieur de ladite cavité ( 28), deux demi-cloisons transversales ( 34, 36) solidaires respectivement de ladite cloison médiane ( 32) et des parois intrados ( 16) et extrados ( 18) et s'étendant de la première ( 14) à la deuxième ( 12) extrémité de l'aube, par quoi lesdites demi-cavités ( 46, 48) sont divisées chacunes en deux passages ( 46 a,
46 b, 48 a, 48 b).
3 Aube de turbine selon la revendication 2, caractérisée en ce que lesdits éléments perturbateurs ( 50, 52) sont disposés sur la face interne ( 16 a) de la paroi intrados ( 16) correspondant aux deux passages ( 48 a, 48 b) et en ce que lesdits orifices d'admission
et de sortie d'air communiquent avec les deux passages respective-
ment de la demi-cavité intrados et de la demi-cavité extrados.
4 Aube de turbine selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite cloison médiane ( 32 ') est réalisée par fonderie en
même temps que le reste de l'aube.
t 1 Aube de turbine selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite cloison médiane ( 32 ') est une pièce séparée dont les deux bords sont fixées de façon étanche sur lesdites cloisons internes. 6 Aube de turbine selon l'une quelconque des
revendications 2 et 3, caractérisée en ce que ladite cloison
médiane ( 32) et lesdites deux demi-cloisons transversales ( 34, 36) sontréa-lsées par fonderie en même temps-quele-reste de l Tàbe b 7 Aube de turbine selon l'une quelconque des
revendications 2 et 3, caractérisée en ce que ladite cloison
médiane ( 32 ') et lesdites deux demi-cloisons transversales ( 34 ', 36 ') sont réalisées en une seule pièce ( 70) qui est fixée de façon étanche sur les cloisons internes et sur les parois intrados et extrados. 8 Aube de turbine selon l'une quelconque des
revendications 2 et 3, caractérisée en ce que lesdites deux
demi-cloisons transversales ( 34 ", 36 ") sont réalisées par fonderie en même temps que le reste de l'aube et en ce que ladite cloison médiane est formée par deux pièces mécaniques séparée ( 72, 74) fixées de façon étanche sur lesdites demi-cloisons transversales et
respectivement sur les cloisons internes ( 22, 24).
9 Aube de turbine selon l'une quelconque des
revendications 1 à 8, caractérisée en ce que lesdits éléments
perturbateurs ( 50, 52) sont formés par un état de surface rugueux
de la face interne de la paroi intrados.
Aube de turbine selon l'une quelconque des
revendications 1 à 8, caractérisée en ce que lesdits éléments
perturbateurs ( 50, 52) comprennent des aspérités formées sur la
face interne de ladite paroi intrados.
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