FR2966868A1 - Systeme et procede de refroidissement des zones de plate-forme d'aubes rotatives de turbine - Google Patents

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Jr John Wesley Harris
Craig Allen Bielek
Scott Edmond Ellis
Xiaoyong Fu
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Abstract

L'invention concerne un système de refroidissement de plate-forme dans une aube (100) de rotor de turbine ayant une plateforme (110) à une interface entre une pale (102) et une emplanture, l'aube (100) de rotor comportant un passage intérieur de refroidissement (116) qui comporte une zone d'agent de refroidissement à haute pression et une zone d'agent de refroidissement à basse pression. Le système de refroidissement de plate-forme comprend : une cavité (133) de plate-forme, un raccord haute pression (148) raccordant la cavité (133) de plate-forme à la zone d'agent de refroidissement à haute pression, un raccord basse pression (149) raccordant la cavité (133) de plate-forme à la zone d'agent de refroidissement à basse pression, et un groupe de broches radiales (151) dans la cavité (133) de plate-forme.

Description

B l 1-4470FR 1 Système et procédé de refroidissement des zones de plate-forme d'aubes rotatives de turbine
La présente invention concerne de façon générale les moteurs à turbine à combustion, ce qui, au sens de la présente description et sauf indication spécifique contraire, couvre tous les types de moteurs à turbine à combustion tels que ceux utilisés pour produire de l'électricité et les moteurs d'aéronefs. Plus particulièrement, mais de manière nullement limitative, la présente demande porte sur des dispositifs, systèmes et/ou procédés pour refroidir la zone de plate-forme d'aubes rotatives d'un rotor de turbine. Un moteur à turbine à gaz comprend ordinairement un compresseur, une chambre de combustion et une turbine. Le compresseur et la turbine comportent généralement des rangées de pales profilées ou aubes rotatives superposées axialement en étages. Chaque étage comprend ordinairement une rangée d'aubes statoriques à espacement circonférentiel, qui sont fixes, et une série d'aubes de rotors à espacement circonférentiel, qui tournent autour d'un axe ou arbre central. En fonctionnement, les aubes de rotors dans le compresseur sont entraînées en rotation autour de l'arbre pour comprimer un flux d'air. L'air comprimé est ensuite utilisé dans la chambre de combustion pour brûler du combustible. Le flux de gaz chauds qui résulte du processus de combustion est détendu en passant dans la turbine, ce qui amène les aubes du rotor à faire tourner l'arbre auquel elles sont fixées. De la sorte, l'énergie contenue dans le combustible est convertie en énergie mécanique de l'arbre en rotation, laquelle peut ensuite, par exemple, servir à faire tourner les bobines d'un alternateur pour produire de l'électricité.
Considérant les figures 1 et 2, des aubes rotatives 100 d'un rotor de turbine comprennent globalement une partie profilée ou pale 102 et une partie de base ou emplanture 104. La pale 102 présente une face convexe côté aspiration 105 et une face concave côté pression 106. La pale 102 présente en outre un bord d'attaque 107, qui est le bord avant, et un bord de fuite 108, qui est le bord arrière. L'emplanture 104 possède une structure (qui, comme représenté, comprend ordinairement une queue d'aronde 109) pour assujettir l'aube 100 à l'arbre de rotor, une plate-forme 110 depuis laquelle s'étend la pale 102, et un pied 112, entre la queue d'aronde 109 et la plate-forme 110. Comme illustré, la plate-forme 110 peut être sensiblement plane. Plus particulièrement, la plate-forme 110 peut avoir une face supérieure plane 113 qui, comme représenté sur la figure 1, peut comporter une surface plane s'étendant dans les directions axiale et circonférentielle. Comme représenté sur la figure 2, la plate-forme 110 peut avoir une face inférieure plane 114, laquelle peut également comporter une surface plane s'étendant dans les directions axiale et circonférentielle. La face supérieure 113 et la face inférieure 114 de la plate-forme 110 peuvent être formées de façon que chacune soit sensiblement parallèle à l'autre. Comme illustré, on notera que la plate-forme 110 a ordinairement un mince profil radial, c'est-à-dire qu'il y a une distance radiale relativement faible entre la face supérieure 113 et la face inférieure 114 de la plate-forme 110. De façon générale, la plate-forme 110 est employée sur les aubes 100 d'un rotor de turbine pour former la limite intérieure du trajet d'écoulement de la veine de gaz chauds de la turbine à gaz. La plate-forme 110 assure en outre un soutien mécanique pour la pale 102. En fonctionnement, la vitesse de rotation de la turbine induit des efforts mécaniques qui créent des zones à fortes contraintes le long de la plate-forme 110, ce qui, joint aux températures élevées, finit par aboutir à la formation de défauts liés au fonctionnement, tels qu'une oxydation, un fluage, une fissuration par fatigue oligocyclique et autres. Evidemment, ces défauts ont une incidence négative sur la durée de vie de l'aube 100 de rotor. On notera que ces conditions de fonctionnement, à savoir une exposition à des températures extrêmes de la veine de gaz chauds et des sollicitations mécaniques associées aux aubes en rotation, créent des difficultés considérables pour concevoir des plates-formes 110 d'aubes de rotors d'une grande durée de vie, qui à la fois fonctionnent bien et ne coûtent pas trop cher à fabriquer. Une solution courante pour rendre plus durable la zone 110 de plate-forme consiste à la refroidir à l'aide d'un flux d'air comprimé ou d'un autre agent de refroidissement pendant le fonctionnement, et on connaît un certain nombre de ces types de conceptions de plates-formes. Cependant, la zone 110 de plate-forme présente certaines difficultés de conception qui la rendent difficile à refroidir de cette manière. Pour une grande part, cela est dû à la géométrie complexe de cette zone puisque, comme décrit, la plate-forme 110 est un élément périphérique situé à distance du coeur de l'aube de rotor et est ordinairement conçu de manière à avoir une épaisseur radiale correcte du point de vue de la structure, mais mince.
Pour faire circuler l'agent de refroidissement, les aubes 100 d'un rotor comprennent ordinairement un ou plusieurs passages de refroidissement creux 116 (cf. figures 3, 4, 5 et 9) qui, au minimum, s'étendent radialement à travers le coeur de l'aube 100, y compris à travers l'emplanture 104 et la pale 102. Comme décrit plus en détail ci-après, pour accroître l'échange de chaleur, ces passages de refroidissement 116 peuvent être dotés d'un cheminement sinueux qui s'insinue à travers les zones centrales de l'aube 100, bien que d'autres configurations soient possibles. En fonctionnement, un agent de refroidissement peut entrer dans les passages de refroidissement centraux par une ou plusieurs entrées 117 ménagées dans la partie interne de l'emplanture 104. L'agent de refroidissement peut circuler à travers l'aube 100 et sortir par des sorties (non représentées) ménagées sur la pale et/ou par une ou plusieurs sorties (non représentées) ménagées dans l'emplanture 104. L'agent de refroidissement peut être sous pression et, par exemple, être constitué par de l'air sous pression, de l'air sous pression mélangé à de l'eau, de la vapeur ou autre. Dans bien des cas, l'agent de refroidissement est de l'air comprimé qui est détourné du compresseur du moteur, bien que d'autres sources soient possibles. Comme expliqué plus en détail par la suite, ces passages de refroidissement comportent ordinairement une zone d'agent de refroidissement à haute pression et une zone d'agent de refroidissement à basse pression. La zone d'agent de refroidissement à haute pression correspond ordinairement à une partie amont du passage de refroidissement qui a une plus haute pression d'agent de refroidissement, tandis que la zone d'agent de refroidissement à basse pression correspond à une partie aval à pression d'agent de refroidissement relativement plus basse. Dans certains cas, l'agent de refroidissement peut être dirigé depuis les passages de refroidissement 116 jusque dans une cavité 119 formée entre les pieds 112 et les plates-formes 110 d'aubes de rotor adjacentes 100. De là, l'agent de refroidissement peut servir à refroidir la zone de plate-forme 110 de l'aube, dont une conception selon la technique antérieure est présentée sur la figure 3. Ce type de conception extrait ordinairement de l'air d'un des passages de refroidissement 116 et utilise l'air pour mettre sous pression la cavité 119 formée entre les pieds 112/les plates-formes 110. Une fois sous pression, cette cavité 119 fournit ensuite l'agent de refroidissement à des canaux de refroidissement qui traversent les plates-formes 110. Après avoir traversé la plate-forme 110, l'air de refroidissement peut sortir de la cavité via des trous de refroidissement par film formés dans la face supérieure 113 de la plate-forme 110. Cependant, on notera que ce type de conception classique présente plusieurs inconvénients. Premièrement, le circuit de refroidissement n'est pas intégré, car le circuit de refroidissement n'est formé qu'après l'assemblage de deux aubes de rotor voisines 100. Cela ajoute beaucoup de difficulté et de complexité lors des essais de circulation pendant l'installation et la pré-installation. Un deuxième inconvénient est que l'intégrité de la cavité 119 formée entre des aubes de rotor adjacentes 100 dépend de la qualité de l'étanchéité du pourtour de la cavité 119. Une étanchéité insuffisante risque d'aboutir à un refroidissement inadéquat de la plate-forme et/ou à des pertes d'air de refroidissement. Un troisième inconvénient est le risque inhérent que des gaz de la veine de gaz chauds puissent être ingérés dans la cavité 119 ou la plate-forme 110 elle-même. Cela peut arriver si la cavité 119 n'est pas maintenue à une pression suffisamment haute pendant le fonctionnement. Si la pression de la cavité 119 devient inférieure à la pression régnant dans la veine de gaz chauds, des gaz chauds seront ingérés dans la cavité 119 du pied ou dans la plate-forme 110 elle-même, ce qui endommage ordinairement ces pièces car elles n'ont pas été conçues pour subir une exposition aux conditions de la veine de gaz chauds.
Les figures 4 et 5 illustrent un autre type de conception antérieure pour le refroidissement d'une plate-forme. Dans ce cas, le circuit de refroidissement est logé dans l'aube 100 de rotor et ne comporte pas la cavité 119 de pied, comme représenté. De l'air de refroidissement est extrait d'un des passages de refroidissement 116 qui s'étendent à travers le coeur de l'aube 110 et est dirigé vers l'arrière en empruntant des canaux de refroidissement 120 formés dans la plate-forme 110 (c'est-à-dire les "canaux de refroidissement 120 de plate-forme"). Comme représenté par les différentes flèches, l'air de refroidissement emprunte les canaux de refroidissement 120 de plate-forme et sort par des sorties présentes dans le bord arrière 121 de la plate-forme 110 ou par des sorties disposées le long du bord 122 du côté aspiration. (On notera que, lorsqu'on décrit ou qu'on cite les bords ou faces de la plate-forme rectangulaire 110, chacune peut être délimitée d'après son emplacement par rapport à la face côté aspiration 105 et la face côté pression 106 de la pale et/ou aux directions vers l'avant et vers l'arrière du moteur une fois que l'aube 100 est installée. De la sorte, comme le comprendra un spécialiste ordinaire de la technique, la plate-forme peut comporter un bord arrière 121, un bord 122 côté aspiration, un bord avant 124 et un bord 126 côté pression, comme indiqué sur les figures 3 et 4. De plus, le bord 122 côté aspiration et le bord 126 côté pression sont également couramment appelés "faces d'impact" et l'étroite cavité formée entre ceux-ci une fois que des aubes de rotor voisines 100 sont installées peut être appelée "cavité de faces d'impact"). On notera que les conceptions classiques des figures 4 et 5 offrent un avantage par rapport à la conception de la figure 3 en ce qu'elles ne sont pas affectées par des variations des conditions d'assemblage ou d'installation. Cependant, les conceptions classiques de ce type se heurtent à plusieurs limites ou inconvénients. Premièrement, comme illustré, un seul circuit est présent sur chaque face de la pale 102, aussi y a-t-il l'inconvénient d'avoir une maîtrise limitée de la quantité d'air de refroidissement utilisée en différents endroits de la plate-forme 110. Deuxièmement, les conceptions antérieures de ce type ont une surface de couverture globalement limitée. Alors que le trajet sinueux de la figure 5 constitue une amélioration en ce qui concerne la couverture par rapport à la figure 4, il reste, dans la plate-forme 110 des zones mortes qui restent non refroidies. Troisièmement, afin d'obtenir une meilleure couverture avec des canaux de refroidissement 120 de plate-forme à configuration complexe, les coûts de fabrication augmentent énormément, surtout si les canaux de refroidissement ont une forme nécessitant une opération de moulage pour les former. Quatrièmement, ces conceptions antérieures déversent ordinairement un agent de refroidissement dans la veine de gaz chauds après usage et avant un épuisement complet de l'agent de refroidissement, ce qui a une incidence négative sur le rendement du moteur. Cinquièmement, les conceptions classiques de cette nature ont généralement peu de souplesse. Ainsi, les canaux 120 font partie intégrante de la plate-forme 110 et ne permettent pratiquement pas de modifier leur fonction ni leur configuration si les conditions de fonctionnement changent. De plus, ces types de conceptions classiques posent des problèmes à l'occasion des réparations ou des remises à neuf.
De la sorte, les conceptions antérieures de refroidissement de plates-formes présentent des lacunes concernant un ou plusieurs points importants. On a encore besoin de dispositifs, systèmes et procédés perfectionnés qui refroidissent d'une manière efficace et efficiente la zone de plate-forme d'aubes d'un rotor de turbine tout en permettant une construction rentable, une souplesse d'application et une bonne durée de vie. Ainsi, la présente invention propose un système de refroidissement de plate-forme dans une aube de rotor de turbine ayant une plate-forme et une interface entre une pale et une emplanture, l'aube de rotor comportant un passage intérieur de refroidissement formé dans celle-ci, qui s'étend depuis un raccordement avec une source d'agent de refroidissement au niveau de l'emplanture au moins jusqu'à la hauteur radiale approximative de la plate-forme, de façon que, en fonctionnement, le passage intérieur de refroidissement comporte une zone d'agent de refroidissement à haute pression et une zone d'agent de refroidissement à basse pression, et que, sur un côté qui coïncide avec un côté pression de la pale, un côté pression de la plate-forme comporte une face supérieure s'étendant dans la direction circonférentielle depuis la pale jusqu'à une face d'impact côté pression, et sur un côté qui coïncide avec un côté aspiration de la pale, un côté aspiration de la plate-forme comporte une face supérieure s'étendant dans la direction circonférentielle depuis la pale jusqu'à une face d'impact côté aspiration. Le système de refroidissement de plate-forme peut comprendre : une cavité de plate-forme formée dans le côté pression et/ou le côté aspiration de la plate-forme, la cavité de plate-forme comportant un plancher interne et un plafond externe ; un raccord haute pression qui relie la cavité de plate-forme à la zone d'agent de refroidissement à haute pression du passage intérieur de refroidissement ; un raccord basse pression qui relie la cavité de plate-forme à la zone d'agent de refroidissement à basse pression du passage intérieur de refroidissement ; et un groupe de broches formé dans la cavité de plate-forme, le groupe de broches comprenant une pluralité de broches qui s'étendent dans une direction sensiblement radiale entre le plancher et le plafond de la cavité de plate-forme. Selon un autre aspect, l'invention propose en outre un procédé de création d'un système de refroidissement de plate-forme pour une aube de rotor de turbine ayant une plate-forme à une interface entre une pale et une emplanture, l'aube de rotor comprenant un passage intérieur de refroidissement formé dans celui-ci, qui s'étend depuis un raccordement avec une source d'agent de refroidissement au niveau de l'emplanture jusqu'à au moins la hauteur radiale approximative de la plate-forme, de façon que, en fonctionnement, le passage intérieur de refroidissement comporte au moins une zone d'agent de refroidissement à haute pression et une zone d'agent de refroidissement à basse pression, et que, le long du côté qui coïncide avec un côté pression de la pale, un côté pression de la plate-forme comporte une face supérieure s'étendant dans la direction circonférentielle depuis la pale jusqu'à une face d'impact côté pression. Le procédé peut comprendre les étapes de : formation d'une cavité de plate-forme dans le côté pression de la plate-forme, la cavité de plate-forme comportant un plancher interne sensiblement plan en regard d'un plafond externe sensiblement plan ; depuis un emplacement sur la face d'impact côté pression ou la face d'impact côté aspiration, usinage d'un raccord haute pression qui relie la cavité de plate-forme à la zone d'agent de refroidissement à haute pression du passage intérieur de refroidissement ; depuis un emplacement sur la face d'impact côté pression ou la face d'impact côté aspiration, usinage d'un raccord basse pression qui relie la cavité de plate-forme à la zone d'agent de refroidissement à basse pression du passage intérieur de refroidissement ; et formation d'un groupe de broches dans la cavité de plate-forme, le groupe de broches comportant une pluralité de broches espacées qui s'étendent radialement depuis le plancher jusqu'au plafond de la cavité de plate-forme. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente une vue en perspective d'un exemple d'aube de rotor de turbine ; - la figure 2 représente une vue de dessous d'une aube de rotor de turbine ; - la figure 3 représente une vue en coupe d'aubes de rotor de turbine voisines ayant un système de refroidissement selon une conception antérieure ; - la figure 4 représente une vue de dessus d'une aube de rotor de turbine ayant une plate-forme munie de canaux intérieurs de refroidissement selon une conception antérieure ; - la figure 5 représente une vue de dessus d'une aube de rotor de turbine ayant une plate-forme munie de canaux intérieurs de refroidissement suivant une autre conception antérieure ; - la figure 6 représente une vue de dessus, partiellement en coupe, d'un système de refroidissement de plate-forme selon un exemple de réalisation de la présente invention ; - la figure 7 représente une vue latérale du système à broches selon une forme de réalisation de la présente invention ; - la figure 8 représente une vue de dessus, partiellement en coupe, d'un système de refroidissement de plate-forme selon une autre forme possible de réalisation de la présente invention ; - la figure 9 représente une vue de dessus, partiellement en coupe, d'un système de refroidissement de plate-forme selon une autre forme possible de réalisation de la présente invention ; - la figure 10 représente une vue latérale d'une pièce rapportée pour impact selon une forme de réalisation de la présente invention ; et - la figure 11 illustre un procédé de fabrication d'un système de refroidissement de plate-forme selon un exemple de forme de réalisation de la présente invention. On notera que les aubes de turbine refroidies du fait de la circulation interne d'un agent de refroidissement comprennent ordinairement un passage intérieur de refroidissement 116 qui s'étend radialement vers l'extérieur depuis l'emplanture, traverse la zone de plate-forme et rejoint la pale, comme décrit plus haut à propos de plusieurs conceptions de refroidissement selon la technique antérieure. On notera que certaines formes de réalisation de la présente invention peuvent être utilisées conjointement avec des passages pour agent de refroidissement selon la technique antérieure afin de renforcer ou de permettre un refroidissement actif efficace de la plate-forme, et que la présente invention est expliquée en référence à une conception courante : un passage intérieur de refroidissement 116 à configuration ondulée ou sinueuse. Comme illustré sur les figures 6, 8 et 9, le trajet sinueux est ordinairement conçu pour permettre une circulation à sens unique d'un agent de refroidissement et comporte des moyens qui facilitent l'échange de chaleur entre l'agent de refroidissement et l'aube de rotor environnante 100. En fonctionnement, un agent de refroidissement sous pression, qui est ordinairement de l'air comprimé soutiré à partir du compresseur (bien que d'autres types d'agent de refroidissement, tels que de la vapeur, puissent également être utilisés avec des formes de réalisation de la présente invention) est envoyé dans le passage intérieur de refroidissement 116 via un raccordement formé à travers l'emplanture 104. La pression entraîne l'agent de refroidissement dans le passage intérieur de refroidissement 116 et l'agent de refroidissement intercepte par convexion de la chaleur provenant des parois environnantes. On notera que l'agent de refroidissement perd de la pression à mesure qu'il circule dans le passage de refroidissement 116, l'agent de refroidissement dans les parties amont du passage intérieur de refroidissement 116 ayant une pression plus haute que l'agent de refroidissement dans les parties aval. Comme expliqué plus en détail par la suite, cette différence de pression peut servir à entraîner l'agent de refroidissement à travers ou dans des passages de refroidissement ménagés dans la plate-forme. On notera que la présente invention peut être utilisée dans des aubes 100 de rotor ayant des passages intérieurs de refroidissement à configuration différente et qu'elle ne se limite pas à des passages intérieurs de refroidissement à forme sinueuse. De la sorte, au sens de la présente description, il est entendu que l'expression "passage intérieur de refroidissement" ou "passage de refroidissement" inclut tout passage ou conduit creux par lequel l'agent de refroidissement peut être amené à circuler dans l'aube de rotor. Comme prévu ici, le passage intérieur de refroidissement 116 selon la présente invention s'étend jusqu'à la hauteur radiale approximative de la plate-forme 110 et peut inclure au moins une zone de pression d'agent de refroidissement relativement plus haute (c'est ce qu'on appellera désormais une "zone de haute pression" et, dans certains cas, peut être un tronçon amont dans un passage sinueux) et au moins une zone de pression d'agent de refroidissement relativement plus basse (ce qu'on appellera désormais une "zone de basse pression" et, par rapport à la zone de haute pression, peut être en tronçon aval dans un passage sinueux).
Globalement, les diverses conceptions de passages intérieurs de refroidissement 116 selon la technique antérieure sont efficaces pour réaliser un refroidissement actif de certaines zones dans l'aube 100 de rotor. Cependant, il apparaît que la zone de plate-forme pose plus de problèmes. Cela est dû, au moins en partie, à la géométrie complexe de la zone de plate-forme - c'est-à-dire sa faible hauteur radiale et la manière dont elle s'avance par rapport au coeur ou au corps principal de l'aube 100 de rotor. Cependant, compte tenu de son exposition aux températures extrêmes de la veine de gaz chauds et aux fortes sollicitations mécaniques, les besoins de refroidissement de la plate-forme sont considérables. Comme décrit plus haut, les conceptions de refroidissement de plates-formes selon la technique antérieure sont inefficaces car elles ne parviennent pas à résoudre les problèmes particuliers posés par la zone et manquent d'efficacité en ce qui concerne leur utilisation de l'agent de refroidissement, et/ou leur fabrication est coûteuse. Revenant aux figures, les figures 6 à 11 fournissent des exemples de formes de réalisation de la présente invention. Plus particulièrement, la figure 6 représente une vue de dessus d'un exemple de système de refroidissement de plate-forme. Comme représenté selon la présente invention, une cavité 133 de plate-forme peut être ménagée à travers l'intérieur de la plate-forme 110 dans laquelle est canalisé l'agent de refroidissement issu du passage intérieur de refroidissement 116. Comme décrit plus bas, la cavité 133 de plate-forme peut comprendre un ou plusieurs moyens d'échange de chaleur tels que des broches 151 formées dans la cavité 133 de plate-forme, qui sont approximativement alignées dans la direction radiale. De plus, la présente invention permet la réutilisation de l'agent de refroidissement après son passage par la cavité 133 de plate-forme. Comme le comprendra un spécialiste ordinaire de la technique, l'utilisation efficace de l'agent de refroidissement améliore globalement les performances et accroît le rendement d'un moteur à turbine à combustion. Dans la forme de réalisation de la figure 6, la cavité 133 de plate-forme est située dans le côté pression de la plate-forme 110. On notera que d'autres emplacements, par exemple dans le côté aspiration de la plate-forme 110, sont également possibles. Comme illustré, l'aube 100 de rotor peut avoir une plate-forme 110 à une interface entre la pale 102 et l'emplanture 104, et l'aube 100 de rotor peut comporter un passage intérieur de refroidissement 116, ménagé dans celle-ci, qui s'étend depuis un raccordement avec une source d'agent de refroidissement au niveau de l'emplanture 104 jusqu'à au moins la hauteur radiale approximative de la plate-forme 110. Le passage intérieur de refroidissement 116 peut être conçu de façon que, en fonctionnement, il comporte une zone d'agent de refroidissement à haute pression et une zone d'agent de refroidissement à basse pression. Dans certains cas, la zone d'agent de refroidissement à haute pression du passage intérieur de refroidissement 116 peut comporter une zone amont du passage sinueux et la zone d'agent de refroidissement à basse pression peut comporter une zone aval du passage sinueux. La plate-forme 110 peut comporter une face supérieure plane 113 sensiblement parallèle à une face inférieure plane 114. (On notera que "plane", au sens de la présente description, signifie approximativement ou sensiblement en forme de plan. Des plates-formes peuvent être conçues pour avoir une surface externe légèrement incurvée et convexe, la courbure correspondant au pourtour de la turbine à l'emplacement radial des aubes de rotor. Au sens de la présente description, ce type de forme de plate-forme est considéré comme étant plan, car le rayon de courbure est suffisamment grand pour donner à la plate- forme un aspect plat.) De plus, sur le côté de la plate-forme qui coïncide avec le côté pression 106 de la pale 102, un côté pression de la plate-forme 110 peut comporter une face supérieure 113 qui s'étend de la pale 102 à la face d'impact 126 côté pression. Sur un côté qui coïncide avec un côté aspiration 105 de la pale 102, un côté aspiration de la plate-forme 110 peut comporter une face supérieure 113 qui s'étend dans la direction circonférentielle depuis la pale 102 jusqu'à une face d'impact 122 côté aspiration. Sur un côté qui coïncide avec un bord d'attaque 107 de la pale 102, la plate-forme 110 peut comporter une face supérieure 113 qui s'étend de la pale 102 à un bord avant 124. En outre, sur un côté qui coïncide avec un bord de fuite 108 de la pale 102, la plate-forme 110 peut comporter une face supérieure 113 qui s'étend de la pale 102 à un bord arrière 121.
La forme de la cavité 133 de plate-forme ménagée dans la plate-forme 110 peut varier. Dans une forme de réalisation préférée, représentée sur la figure 6, la cavité 133 de plate-forme peut être dotée d'un pourtour ou d'une paroi extérieure 136 qui peut être approximativement linéaire et se trouver espacé parallèlement à la face d'impact 126 côté pression. Depuis la paroi extérieure 136, la longueur axiale de la cavité 133 de plate-forme peut diminuer à mesure que la cavité 133 s'étend dans les zones intérieures de la plate-forme 110, comme représenté. Dans certaines formes de réalisation, la diminution peut globalement correspondre au profil courbe formé à la jonction de la face 106 côté pression de la pale 102 et de la plate-forme 110 (nota : le terme "profil" fait référence à la perspective des figures 6, 8 et 9). De la sorte, la cavité 133 de plate-forme peut avoir une paroi intérieure courbe 137 dont la forme et la position sont étroitement liées au profil du contour de la face 106 côté pression de la pale 102. Ainsi, la paroi intérieure 137 peut former un arc depuis une extrémité avant 138 de la paroi extérieure 136 jusqu'à une extrémité arrière 139, toutes deux pouvant se trouver prés de la face d'impact 126 côté pression de la plate-forme 110. La cavité 133 de plate-forme peut comporter une configuration plane présentant un intervalle sensiblement constant entre un plafond plat 134 (qui est une surface externe) et un plancher plat 135 (qui est une surface interne). Le plafond 134 de la cavité 133 de plate-forme peut se trouver à proximité de la face supérieure 113 de la plate-forme 110, approximativement parallèlement à ladite face supérieure 113. Le plancher 135 de la cavité 133 de plate-forme peut se trouver à proximité de la face inférieure 114 de la plate-forme 110 et approximativement parallèlement à ladite face inférieure 114. I1 doit être entendu pour les spécialistes de la technique que d'autres configurations de la cavité 133 de plate- forme peuvent également être employées avec succès. Cependant, on notera que la cavité 133 de plate-forme selon la forme de réalisation préférée de la figure 6 peut être utilisée pour réaliser efficacement une couverture de refroidissement pour de très grandes parties ou pour toutes les surfaces du côté pression de la plate-forme 110. Les spécialistes ordinaires de la technique noteront que d'autres avantages sont également possibles en ce qui concerne les performances. Comme illustré sur les figures 6, 8 et 9, un raccord haute pression 148 peut être formé pour relier la cavité 133 de plate- forme à une zone d'agent de refroidissement à haute pression du passage intérieur de refroidissement 116, et un raccord basse pression 149 peut être formé pour relier la cavité 133 de plate-forme à une zone d'agent de refroidissement à basse pression du passage intérieur de refroidissement 116. (Bien que cela ne soit pas spécifiquement indiqué sur les figures, on notera que cet exemple de forme de réalisation suppose que le passage intérieur de refroidissement 116 est sinueux et que les parties amont de celui-ci se trouvent vers le bord d'attaque 107 et que les parties aval se trouvent vers le bord de fuite 108 de l'aube 100. Cependant, cette configuration n'est pas nécessaire pour la mise en oeuvre de la présente invention et ne constitue qu'un exemple, car le raccord haute pression 148 et le raccord basse pression 149 peuvent être réagencés pour satisfaire d'autres conceptions.) Ainsi, en fonctionnement, un agent de refroidissement peut pénétrer dans le passage intérieur de refroidissement 116 à un emplacement proche du bord d'attaque 107 de la pale 102 et s'écouler en alternance radialement vers l'extérieur et vers l'intérieur dans le passage intérieur de refroidissement 116 à mesure que l'agent de refroidissement s'insinue vers l'arrière. Comme représenté, le raccord haute pression 148 peut être conçu de façon qu'une partie amont (et à plus haute pression) du passage intérieur de refroidissement 116 soit en communication fluidique avec une zone prédéterminée de la cavité 133 de plate-forme. Le raccord basse pression 148 peut être conçu de façon qu'une partie aval du passage intérieur de refroidissement soit en communication fluidique avec une zone prédéterminée de la cavité 133 de plate-forme. Comme indiqué, la différence de pression pendant le fonctionnement peut faire passer l'agent de refroidissement du raccord haute pression 148 au raccord basse pression 149 et dans la cavité 133 de plate-forme et les moyens d'échange de chaleur contenus dans celle-ci. On notera que le raccord haute pression 148 et/ou le raccord basse pression 149 peuvent être formés d'une manière efficace par une opération d'usinage ou de perçage en visibilité directe, les emplacements de départ se trouvant sur l'un quelconque des bords de la plate-forme 110 (dont la localisation spécifique peut être imposée par la position de la cavité 133 de plate-forme dans la plate-forme 110 ainsi que par la configuration du passage interne de refroidissement 116). Dans certaines formes de réalisation préférées, comme représenté sur la figure 6, le raccord haute pression 148 peut être formé de manière à s'étendre sur un trajet linéaire passant par la plate-forme 110 depuis un emplacement sur la face d'impact 122 côté aspiration jusqu'à une jonction avec la cavité 133 de plate-forme et, entre ceux-ci, le raccord haute pression 148 peut diviser en deux la zone d'agent de refroidissement haute pression du passage intérieur de refroidissement 116. Comme représenté également sur la figure 6, la présente invention peut comprendre plus d'un raccord haute pression 148, bien que cela ne soit pas nécessaire pour la mise en oeuvre de la présente invention et que cela dépende de l'application particulière. Le second raccord haute pression 148 peut s'étendre sur un trajet linéaire passant par la plate-forme 110, depuis un emplacement sur le bord avant 124 jusqu'à une jonction avec la cavité 133 de la plate-forme et, entre ceux-ci, le second raccord à haute pression 148 peut diviser en deux la zone d'agent de refroidissement à haute pression du passage intérieur de refroidissement 116. Le raccord haute pression 149 de la figure 6 peut être formé de manière à s'étendre sur un trajet linéaire depuis un emplacement sur la face d'impact 122 côté aspiration jusqu'à une jonction avec la cavité 133 de plate-forme et, entre ceux-ci, le raccord basse pression 149 peut diviser en deux la zone d'agent de refroidissement à basse pression du passage intérieur de refroidissement 116. Dans d'autres formes de réalisation, un second raccord basse pression 149 peut également être formé. On notera que, selon la position de la cavité 133 de plate-forme, la formation des raccords haute pression et basse pression 148, 149 depuis la face d'impact 122 côté aspiration, le bord avant 124, ou le bord arrière 121, peut supprimer la nécessité de traverser la cavité 133 de plate-forme avec l'outil d'usinage, ce qui pourrait être préjudiciable pour un groupe de broches 151 déjà formées dans la cavité 133 de plate-forme. Dans d'autres formes de réalisation possibles, les raccords 148, 149 peuvent être formés pendant l'opération de moulage. Dans une autre forme de réalisation possible, représentée sur la figure 8, les raccords haute pression et basse pression 148, 149 peuvent avoir un emplacement de démarrage sur la face d'impact 126 côté pression. Dans ce cas, le raccord haute pression 148 peut s'étendre sur un trajet linéaire à travers la plate-forme 110 depuis la face d'impact côté pression 126 jusqu'à une jonction avec la zone d'agent de refroidissement à haute pression du passage intérieur de refroidissement 116 et, entre ceux-ci, le raccord haute pression 148 peut diviser en deux la cavité 133 de plate-forme. Le raccord basse pression 149 peut s'étendre sur un trajet linéaire à travers la plate-forme 110 depuis la face d'impact côté pression 126 jusqu'à une jonction avec la zone d'agent de refroidissement à basse pression du passage intérieur de refroidissement 116 et, entre ceux-ci, le raccord basse pression 149 peut diviser en deux la cavité 133 de plate-forme. Dans des formes de réalisation préférées, illustrées sur les figures 6, 8 et 9, l'emplacement où le raccord haute pression 148 se raccorde à la cavité 133 de plate-forme peut se trouver à l'extrémité opposée de la cavité 133 de plate-forme constituant l'emplacement où le raccord basse pression se raccorde à la cavité 133 de plate-forme. Dans certaines formes de réalisation, l'emplacement où le raccord haute pression 148 se raccorde à la cavité 133 de plate- forme est opposé à l'emplacement où le raccord basse pression 149 se raccorde à la cavité 133 de plate-forme sur au moins une grande partie de la cavité 133 de plate-forme. On notera que cette configuration amène l'agent de refroidissement à parcourir sensiblement la totalité de la cavité 133 de plate-forme avant de sortie, ce qui accentue son aptitude à extraire de la chaleur de cette zone de la plate-forme 110. Comme représenté sur les figures 6, 8 et 9, des formes de réalisation de la présente invention peuvent comprendre plus d'un raccord haute pression 148 et plus d'un raccord basse pression 149.
Compte tenu de la manière dont ils sont formés, les raccords haute pression et basse pression 148, 149 peuvent comporter une sortie 158 de raccord placée le long de n'importe lequel des bords de la plate-forme (à savoir le bord arrière 121, la face d'impact côté aspiration 122, le bord avant 124 et la face d'impact côté pression 126). Dans des formes de réalisation préférées, chacune des sorties 158 des raccords peut comporter un bouchon 155. Le bouchon 155 peut être une pièce non solidaire installée après l'usinage des raccords 148, 149. Les bouchons 155 peuvent être conçus pour restreindre, limiter ou encore empêcher l'agent de refroidissement de sortir de l'aube de turbine par la sortie 158 d'un raccord, ce qui peut se faire pour au moins deux raisons. Premièrement, la section d'écoulement dans la sortie des raccords peut être réduite pour créer une action de contact de l'agent de refroidissement sortant par ces emplacements de sortie. Comme le comprendra un spécialiste ordinaire de la technique, il peut en résulter que, lorsqu'il sort, l'agent de refroidissement a une caractéristique voulue d'action de contact d'agent de refroidissement, par exemple une grande vitesse de sortie de l'agent de refroidissement, ce qui améliorerait son effet de refroidissement sur une surface visée. De la sorte, si la sortie 158 de raccord est placée sur la face d'impact 122, 126, on notera qu'elle pourra déverser un flux modifié d'agent de refroidissement dans la cavité de face d'impact formée entre des aubes 100 de rotor installées de manière adjacente. Ainsi, les sorties 158 de raccords peuvent diriger un agent de refroidissement modifié ayant une vitesse relativement élevée contre la face d'impact de l'aube de turbine voisine 100. On notera que les cavités de face d'impact et les faces d'impact qui les définissent sont ordinairement des zones de la plate-forme 110 difficiles à refroidir, et que les sorties 158 de raccords ainsi conçues peuvent permettre un refroidissement efficace de cette zone. Deuxièmement, la section d'écoulement des sorties 158 de raccords peut être réduite pour des raisons de dosage, c'est-à-dire la nécessité de répartir de manière égale ou de répartir d'une manière voulue l'agent de refroidissement dans tout l'intérieur de la plate- forme 110. On notera que si les dimensions des sorties 158 de raccords n'étaient pas réduites en comparaison des dimensions des raccords 148, 149, une partie excessive de l'agent de refroidissement risquerait de sortir de la plate-forme 110 par les sorties 158 de raccords, laissant une dose insuffisante d'agent de refroidissement circuler dans la cavité 133 de plate-forme. Ainsi, les dimensions des sorties 158 de raccords peuvent être établies à l'aide d'un bouchon préconfiguré de manière à avoir une section d'écoulement qui correspond à une caractéristique de dosage voulue. L'expression "caractéristique de dosage voulue" employée ici fait référence à une section d'écoulement dans le passage ou la sortie d'agent de refroidissement qui correspond ou produit une répartition voulue de l'agent de refroidissement ou une répartition attendue de l'agent de refroidissement dans les différents passages d'agent de refroidissement et/ou les sorties formées dans la plate-forme 110.
Comme représenté sur la figure 8, il est possible d'inclure des sorties 159 de faces d'impact qui ne sont pas liées à un raccord formé 158, 159. Ces sorties 159 dans des faces d'impact peuvent réaliser un plus grand refroidissement par contact de la cavité de face d'impact.
Dans une forme de réalisation préférée, représentée sur la figure 7, une ou plusieurs sorties 157 dans la face supérieure peuvent être formées, s'étendant depuis la cavité 133 de plate-forme jusqu'à la face supérieure 113 de plate-forme. On notera que les sorties 157 dans la face supérieure peuvent être placées de manière à entraîner un plus grand flux d'agent de refroidissement dans des zones internes de la cavité 133 de plate-forme qui le nécessitent. De plus, les sorties 157 dans la face supérieure peuvent assurer un refroidissement des zones de la plate-forme 110 à travers lesquelles elles s'étendent tout en créant un film de refroidissement de la face supérieure 113 de la plate-forme 110. Les sorties 157 dans la face supérieure peuvent être conçues de manière à avoir une section d'écoulement prédéterminée. La section d'écoulement prédéterminée peut correspondre à au moins une caractéristique voulue de dosage de l'agent de refroidissement.
Dans certaines formes de réalisation préférées, représentées sur la figure 6, le système de refroidissement peut être conçu de façon que sensiblement la totalité de l'agent de refroidissement passant dans la cavité 133 de plate-forme soit renvoyé dans le passage intérieur de refroidissement 116. Dans une telle forme de réalisation, les sorties 158 des raccords peuvent être bouchées à l'aide de bouchons 155 qui obturent toute la section d'écoulement des sorties 158. De plus, le système de refroidissement peut être formé de façon à ne pas comporter les sorties 157 dans la face supérieure ni les sorties 159 dans la face d'impact. Ce type de système peut être avantageux dans certaines applications en ce que sensiblement la totalité de l'agent de refroidissement extrait du passage intérieur de refroidissement 116 devient disponible pour d'autres utilisations dans d'autres zones de l'aube 100 de rotor et/ou d'autres applications en aval.
Dans une forme de réalisation préférée, illustrée sur la figure 8, le côté pression de la plate-forme 110 peut comporter deux cavités 133 de plate-forme ayant chacune un raccord haute pression séparé 148 et un raccord basse pression séparé 149 et ayant chacune un groupe de broches composé d'une pluralité de broches 151 s'étendant depuis le plancher 135 jusqu'au plafond 134 de la cavité 133 de plate-forme. Dans ce cas, les cavités 133 de plate-forme peuvent comporter au moins un raccord 156 qui constitue un étroit canal interne entre les deux cavités 133. Dans des formes de réalisation préférées de la présente invention, le groupe de broches peut comporter une pluralité ou une multitude de broches 151. Les broches 151 peuvent avoir une forme cylindrique, bien que d'autres configurations soient possibles. Les broches 151 peuvent être conçues de façon que l'échange de chaleur entre l'agent de refroidissement circulant dans la cavité 133 de plate-forme et la zone de plate-forme de l'aube de turbine soit renforcé. Les broches 151 peuvent être alignées approximativement dans la direction radiale et, en fonction de la configuration de la cavité 133 de plate-forme, peuvent s'étendre entre le plafond 134 et le plancher 135 de la cavité 133 de plate-forme.
Dans certaines formes de réalisation préférées, illustrées sur la figure 7, les broches 151 peuvent ne pas faire corps avec la plate-forme 110 de l'aube 100. Les broches non solidaires 151 peuvent être conçues pour pénétrer dans une ouverture 152 pour broche formée à travers la face inférieure 114 de la plate-forme 110. Dans ce cas, la broche non solidaire 151 peut avoir une structure de broche d'une longueur prédéterminée et une base 153 de broche d'une largeur prédéterminée. La largeur prédéterminée de la base 153 de broche peut être plus grande que l'ouverture 152 pour broche de façon que la base 153 de broche forme une butée (c'est-à-dire une fois que la structure de broche a été insérée sur une distance prédéterminée dans l'ouverture 152 pour broche, la base 153 de broche arrête la broche 151). La longueur prédéterminée de la broche 151 peut consister en une longueur sur laquelle un bout de la broche 151 se trouve à proximité immédiate ou au contact du plafond 134 de la cavité 133 de plate-forme une fois que la base 153 de broche a arrêté l'insertion. On notera que ce procédé permet une construction des broches 151 après moulage, ce qui peut permettre de ne pas recourir à des procédés de moulage plus coûteux/plus complexes.
Comme représenté sur les figures 9 et 10, une forme de réalisation préférée de la présente invention comprend une paroi de contact 160. La paroi de contact 160 peut être située et conçue pour réaliser un refroidissement par contact d'une paroi intérieure de la cavité 133 de plate-forme. Dans une forme de réalisation préférée, la paroi de contact 160 est conçue pour réaliser un refroidissement par contact contre la paroi extérieure 136 de la cavité 133 de plate-forme. De la sorte, comme représenté dans la forme de réalisation préférée de la figure 9, la paroi de contact 160 peut être située de façon à être approximativement parallèle à la paroi extérieure 136 et décalée par rapport à ladite paroi 136. On notera que cette configuration peut être utilisée pour résoudre les difficultés habituelles associées au refroidissement des zones de faces d'impact des aubes d'un rotor de turbine. La paroi de contact 160 peut être orientée approximativement radialement, s'étendant depuis le plancher 135 jusqu'au plafond 134 de la cavité 133 de plate-forme et s'étirant d'un côté à l'autre de la cavité 133 de plate-forme de manière à diviser sensiblement la cavité 133 de plate-forme en une cavité amont, dans laquelle entre le raccord haute pression 148, et une cavité aval, dont, comme illustré, le raccord basse pression 149 constitue une sortie. En fonctionnement, la différence de pression créée entre la cavité amont et la cavité aval peut alors entraîner l'agent de refroidissement dans un certain nombre d'ouvertures de refroidissement par contact 163 formées à travers la paroi de contact 160. Les ouvertures 163 de refroidissement par contact peuvent être conçues de façon que chacune ait une section d'écoulement prédéterminée qui corresponde à une caractéristique voulue du refroidissement par contact. Dans certaines formes de réalisation, comme représenté sur la figure 10, la paroi de contact 160 peut être construite à l'aide d'une paroi de contact rapportée 160, non solidaire. La paroi de contact rapportée 160 non solidaire peut s'insérer dans la cavité 133 de plate-forme à travers une fente ou fente 164 d'insertion ménagée à travers la face inférieure 114 de la plate-forme 110. Dans ce cas, la paroi de contact rapportée 160 non solidaire peut comporter une base 161 d'une largeur prédéterminée et une structure de paroi 162 d'une longueur prédéterminée. La largeur prédéterminée de la base 161 peut être plus grande que la largeur de la fente 164 d'insertion de façon que la fente 164 d'insertion forme une butée (c'est-à-dire que la base 161 de la paroi arrête la paroi de contact 160 une fois qu'elle a été insérée sur une distance prédéterminée dans la fente 164 d'insertion). La longueur prédéterminée de la structure de paroi 162 peut consister en une longueur sur laquelle un bord extérieur de la structure de paroi 162 se trouve à proximité immédiate ou au contact du plancher 134 de la cavité 133 de plate-forme une fois que la base 161 est au contact de la face inférieure 114 de la plate-forme 110 et, de ce fait, empêche une insertion plus avant. On notera que ce procédé permet la construction d'une paroi de contact 160 après moulage, ce qui, en comparaison des coûts de la formation du même système de refroidissement à l'aide des procédés de moulage selon la technique antérieure, permet de grandes économies sur les coûts. Pour des raisons de structure, dans certaines formes de réalisation, une paroi solidaire préexistante 165 peut être conçue pour relier, comme illustré, des parties de la paroi de contact 160 non solidaire. Comme également représenté sur la figure 9, un diviseur 166 de flux peut être inclus dans la cavité 133 de plate-forme. Le diviseur 166 de flux peut être placé face à un raccord haute pression 148 de façon que l'agent de refroidissement entrant dans la cavité 133 de plate-forme soit dispersé d'une manière plus égale dans toute la cavité 133 de plate-forme. On notera que le diviseur 166 de flux peut prendre de nombreuses configurations. Dans une forme de réalisation préférée, le diviseur 166 de flux a une forme en chevron. La présente invention propose en outre un procédé novateur pour former efficacement, d'une manière économique, des passages intérieurs de refroidissement efficaces dans la zone de plate-forme d'aubes d'un rotor de turbine. Considérant maintenant l'organigramme 200 de la figure 11, lors d'une étape initiale 202, la cavité 133 de plate-forme peut être formée. La cavité 133 de plate-forme peut avoir l'une quelconque des configurations décrites plus haut. En raison de la forme relativement peu compliquée de la cavité 133 de plate-forme, celle-ci peut être formée d'une manière économique à l'aide d'opérations classiques d'usinage ou de moulage simplifié. Ainsi, bien que la présente invention puisse être utilisée pour former une série de passages de refroidissement complexes qui assurent une large couverture de la zone de plate-forme, on peut éviter des opérations de moulage coûteuses ordinairement utilisées pour de telles conceptions. Une fois que la cavité 133 de plate-forme est formée, lors d'une étape 204, le raccord haute pression 148 et le raccord basse pression 149 peuvent être créés. Comme indiqué, ceux-ci peuvent être formés à l'aide d'une opération d'usinage classique, relativement peu compliquée (à savoir une opération classique d'usinage ou de perçage en ligne directe). Comme expliqué plus haut, dans certaines formes de réalisation, les broches peuvent ne pas être solidaires de l'aube de rotor. De ce fait, lors d'une étape 206, les broches 151 peuvent être fabriquées et les ouvertures 152 pour broches peuvent être usinées dans la face inférieure 114 de la plate-forme. Lors d'une étape 208, les broches 151 peuvent être installées dans les ouvertures 152 pour broches. Cela peut se faire à l'aide de procédés classiques tels que le soudage, le brasage ou la fixation mécanique.
Séparément, lors d'une étape 210, des bouchons 155 peuvent être fabriqués. Comme expliqué plus haut, les bouchons 155 peuvent avoir plusieurs configurations différentes et servent à réduire ou arrêter entièrement l'écoulement de l'agent de refroidissement par une sortie. Les bouchons 155 peuvent être fabriqués en matières classiques. Lors d'une étape 212, les bouchons 155 peuvent être installés à des emplacements prédéterminés. Cela peut se faire à l'aide de procédés classiques tels que le soudage, le brasage ou la fixation mécanique. Comme expliqué plus haut, dans certaines formes de réalisation, une paroi de contact 160 peut être incluse dans la cavité 133 de plate-forme. Lors d'une étape 214, la paroi de contact rapportée 160 non solidaire peut être fabriquée et la fente 164 d'insertion peut être usinée à travers la face inférieure 113 de la plate-forme 110. Enfin, lors d'une étape 216, la paroi de contact rapportée 160 peut être installée dans la fente 164 d'insertion. Cela peut se faire à l'aide de procédés classiques tels que le soudage, le brasage ou la fixation mécanique. En fonctionnement, selon un exemple de forme de réalisation, le dispositif de refroidissement selon la présente invention peut fonctionner de la manière qui suit. Une partie de l'agent de refroidissement circulant dans le passage intérieur de refroidissement 116 entre dans la cavité 133 de plate-forme par le raccord haute pression 148. A mesure que l'agent de refroidissement passe par le groupe de broches, l'agent de refroidissement peut extraire de la chaleur de la plate-forme 100 par convexion. L'agent de refroidissement peut ensuite sortir de la cavité 133 de plate-forme par le raccord basse pression 149 et, de ce fait, rejoindre l'agent de refroidissement circulant dans le passage de refroidissement 116 de la plate-forme. De cette manière, le système de refroidissement de plates-formes selon la présente invention extrait une partie de l'agent de refroidissement du passage intérieur de refroidissement 116, utilise l'agent de refroidissement pour évacuer de la chaleur de la plate-forme 110, puis renvoie l'agent de refroidissement dans le passage intérieur de refroidissement 116, où l'agent de refroidissement peut resservir. De la sorte, on notera que la présente invention propose un mécanisme par lequel la zone de plate-forme d'une aube d'un rotor de turbine à combustion peut être refroidie d'une manière effective et efficace. Par ailleurs, on notera que le système de refroidissement de plates-formes selon la présente invention apporte une plus grande souplesse dans la conception, la reprise de conception, la reconfiguration et/ou la modification de systèmes de refroidissement de plates-formes dans des aubes de rotor existantes ou neuves. Auparavant, les géométries complexes pour le refroidissement des plates-formes impliquaient forcément un processus de moulage coûteux. La présente invention propose des procédés par lesquels des passages de refroidissement à configuration complexe peuvent être formés par une combinaison d'opérations simplifiées d'usinage et/ou de moulage. Enfin, la présente invention propose un procédé par lequel la plate-forme 110 peut être refroidie à l'aide de passages intérieurs qui ne débouchent pas directement dans la veine de gaz chauds depuis la plate-forme 110 elle-même. Comme indiqué, ce "recyclage" de l'agent de refroidissement accroît globalement l'efficacité de son usage, ce qui accroît le rendement du moteur.
Liste des repères 100 Aube de rotor de turbine 102 Pale 104 Emplanture 105 Face aspiration 106 Face pression 107 Bord d'attaque 108 Bord de fuite 109 Queue d'aronde 110 Plate-forme 112 Pied 113 Face supérieure de plate-forme 114 Face inférieure de plate-forme 116 Passage intérieur de refroidissement 117 Entrée 119 Cavité 120 Canaux de refroidissement de plate-forme 121 Bord arrière 122 Bord ou face d'impact côté aspiration 124 Bord avant 126 Bord ou face d'impact côté pression 133 Cavité de plate-forme 134 Plafond de cavité de plate-forme 135 Plancher de cavité de plate-forme 136 Paroi extérieure 137 Paroi intérieure 138 Extrémité avant 139 Extrémité arrière 148 Raccord haute pression 149 Raccord basse pression 151 Broche 152 Ouverture pour broche 153 Base de broche 155 Bouchon 156 Raccord de cavités 157 Sortie dans la surface supérieure 158 Sortie dans le raccord 159 Sortie dans la face d'impact 160 Paroi de contact 161 Base de paroi 162 Structure de paroi 163 Ouverture de refroidissement par contact 164 Fente d'insertion 165 Paroi préexistante 166 Diviseur de flux

Claims (26)

  1. REVENDICATIONS1. Système de refroidissement de plate-forme dans une aube (100) de rotor de turbine ayant une plate-forme (110) à une interface entre une pale profilée (102) et une emplanture (104), dans lequel l'aube (100) de rotor comprend un passage intérieur de refroidissement (116), formé dans celle-ci, qui s'étend depuis un raccordement avec une source d'agent de refroidissement au niveau de l'emplanture (104) jusqu'à au moins la hauteur radiale approximative de la plate-forme (110), système dans lequel, en fonctionnement, le passage intérieur de refroidissement (116) comporte une zone d'agent de refroidissement à haute pression et une zone d'agent de refroidissement à basse pression, et dans lequel, sur un côté qui coïncide avec un côté pression de la pale (102), un côté pression de la plate-forme (110) comporte une face supérieure (113) s'étendant dans la direction circonférentielle depuis la pale (102) jusqu'à une face d'impact (126) côté pression, et sur un côté qui coïncide avec un côté aspiration de la pale (102), un côté aspiration de la plate-forme (110) comporte une face supérieure (113) s'étendant dans la direction circonférentielle depuis la pale (102) jusqu'à une face d'impact (122) côté aspiration, le système de refroidissement de plate-forme comprenant : une cavité (133) de plate-forme formée dans le côté pression et/ou le côté aspiration de la plate-forme (110), la cavité de plate-forme (133) comportant un plancher interne (135) et un plafond externe (134) ; un raccord haute pression (148) qui relie la cavité (133) de plate-forme à la zone d'agent de refroidissement à haute pression du passage intérieur de refroidissement (116) ; un raccord basse pression (149) qui relie la cavité (133) de plate-forme à la zone d'agent de refroidissement à basse pression du passage intérieur de refroidissement (116) ; et un groupe de broches dans la cavité (133) de plate-forme, le groupe de brioches comprenant une pluralité de broches (151) qui s'étendent dans une direction approximativement radiale entre le plancher (135) et le plafond (134) de la cavité (133) de plate-forme.
  2. 2. Système de refroidissement de plate-forme selon la revendication 1, dans lequel : la cavité (133) de plate-forme se trouve dans le côté pression de la plate-forme (110) ; la cavité (133) de plate-forme a une configuration plane avec un intervalle radial approximativement constant entre le plancher (135) et le plafond (134) ; la face supérieure (113) de la plate-forme est plane ; et le plafond (134) de la cavité (133) de plate-forme se trouve à proximité de la face supérieure (113) de la plate-forme (110), approximativement parallèlement à ladite face supérieure.
  3. 3. Système de refroidissement de plate-forme selon la revendication 2, dans lequel : le raccord haute pression (148) s'étend sur un trajet linéaire à travers la plate-forme (110) depuis un emplacement sur la face d'impact (122) côté aspiration jusqu'à une jonction avec la cavité (133) de plate-forme et, entre ceux-ci, divise en deux la zone d'agent de refroidissement haute pression du passage intérieur de refroidissement (116) ; et le raccord basse pression (149) s'étend sur un trajet linéaire depuis un emplacement sur la face d'impact (122) côté aspiration jusqu'à une jonction avec la cavité (133) de plate-forme et, entre ceux-ci, divise en deux la zone d'agent de refroidissement à basse pression du passage intérieur de refroidissement (116).
  4. 4. Système de refroidissement de plate-forme selon la revendication 3, dans lequel le raccord haute pression (148) comporte un bouchon (155) non solidaire placé sur la face d'impact (122) côté aspiration et le raccord basse pression (149) comporte un bouchon (155) non solidaire placé sur la face d'impact (122) côté aspiration ; les bouchons non solidaires (155) pour le raccord haute pression (148) et le raccord basse pression (149) étant conçus de façon que chacun limite ou empêche d'une manière voulue l'agent de refroidissement de sortir de l'aube (100) de turbine à travers la face d'impact (122) côté aspiration.
  5. 5. Système de refroidissement de plate-forme selon la revendication 2, dans lequel : la plate-forme (110) comporte une face inférieure plane (114) approximativement parallèle à la face supérieure plane (13) ; et le passage intérieur de refroidissement (116) constitue un trajet sinueux, la zone d'agent de refroidissement à haute pression du passage intérieur de refroidissement (116) constituant une zone amont du trajet sinueux et la zone d'agent de refroidissement à basse pression constituant une zone aval du passage sinueux.
  6. 6. Système de refroidissement de plate-forme selon la revendication 2, dans lequel l'emplacement où le raccord haute pression (148) se raccorde à la cavité (133) de plate-forme est opposé à l'emplacement où le raccord basse pression (149) se raccorde à la cavité (133) de plate-forme sur au moins une grande partie de la cavité (133) de plate-forme.
  7. 7. Système de refroidissement de plate-forme selon la revendication 2, dans lequel la cavité (133) de plate-forme comporte une paroi extérieure (136) et une paroi intérieure (137), la paroi extérieure (136) ayant une forme linéaire et se trouvant approximativement parallèlement, et de manière espacée par rapport à la face d'impact (126) côté pression, et la paroi intérieure (137) ayant une forme courbe, formant un arc qui s'étire depuis une extrémité avant (138) de la paroi extérieure (136) jusqu'à une extrémité arrière (139) de la paroi extérieure (136).
  8. 8. Système de refroidissement de plate-forme selon la revendication 7, dans lequel le profil de l'arc de la paroi intérieure (137) a une forme et une position approximatives qui correspondent au profil du côté pression de la pale (102), là où le côté pression de la pale (102) croise la plate-forme (110) ; et l'extrémité avant (138) de la paroi extérieure (136) a une position axiale prés du bord d'attaque (107) de la pale (102) et l'extrémité arrière (139) de la paroi extérieure (136) a une position axiale prés du bord de fuite (108) de la pale (102).
  9. 9. Système de refroidissement de plate-forme selon la revendication 7, dans lequel : une pluralité de sorties (159) dans la face d'impact constituent des sorties de la cavité (133) de plate-forme à travers la face d'impact (126) côté pression et/ou la face d'impact (122) côté aspiration ; une pluralité de sortie (157) dans la face supérieure constituent des sorties de la cavité (133) de plate-forme à travers la face supérieure (113) de la plate-forme (110) ; les sorties (159) dans la face d'impact sont conçues pour avoir une section d'écoulement prédéterminée, la section d'écoulement prédéterminée correspondant à une caractéristique voulue de contact de l'agent de refroidissement et une caractéristique voulue de dosage de l'agent de refroidissement ; et les sorties (157) dans la face supérieure sont conçues pour avoir une section d'écoulement prédéterminée, la section d'écoulement prédéterminée correspondant à une caractéristique voulue de dosage d'agent de refroidissement.
  10. 10. Système de refroidissement de plate-forme selon la revendication 1, dans lequel les broches (151) constituent des broches non solidaires, chacune de celles-ci s'insérant à travers une ouverture (152) pour broche formée à travers la face inférieure (114) de la plate-forme (110).
  11. 11. Système de refroidissement de plate-forme selon la revendication 10, dans lequel : la broche (151) non solidaire comporte une structure de broche d'une longueur prédéterminée et une base (153) de broche d'une largeur prédéterminée ; la largeur prédéterminée étant plus grande que l'ouverture (152) pour broche de telle sorte que la base (153) de broche constitue une butée lorsque la broche non solidaire (151) s'insère dans l'ouverture (152) pour broche ; et la longueur prédéterminée constituant une longueur sur laquelle un bout de la broche (151) se trouve à proximité immédiate du plafond (134) de la cavité (133) de plate-forme une fois que la base (153) de broche touche la face inférieure (114) de la plate- forme (110).
  12. 12. Système de refroidissement de plate-forme selon la revendication 2, dans lequel : le raccord haute pression (148) s'étend sur un trajet linéaire à travers la plate-forme (110) depuis un emplacement sur la face d'impact côté pression jusqu'à une jonction avec la zone d'agent de refroidissement à haute pression du passage intérieur de refroidissement (116) et, entre ceux-ci, divise en deux la cavité (133) de plate-forme ; et le raccord basse pression (149) s'étend sur un trajet linéaire depuis un emplacement sur la face d'impact (126) côté pression jusqu'à une jonction avec la zone d'agent de refroidissement à basse pression du passage intérieur de refroidissement (116) et, entre ceux-ci, divise en deux la cavité (133) de plate-forme.
  13. 13. Système de refroidissement de plate-forme selon la revendication 12, dans lequel : le raccord haute pression (148) comporte une sortie (158) de raccord sur la face d'impact (126) côté pression, la sortie (158) de raccord ayant une section d'écoulement réduite ; le raccord basse pression (149) comporte une sortie (158) de raccord sur la face d'impact (126) côté pression, les sorties (158) de raccords ayant une section d'écoulement réduite ; la section d'écoulement réduite constitue une section d'écoulement plus petite que la section d'écoulement à travers le raccord haute pression (148) ou le raccord basse pression (149) que dessert la sortie (158) de raccord ; et chacune des sorties (158) de raccords à section d'écoulement réduite constitue une section d'écoulement prédéterminée, la section d'écoulement prédéterminée correspondant à une caractéristique de contact voulue de l'agent de refroidissement et/ou une caractéristique de dosage voulue.
  14. 14. Système de refroidissement de plate-forme selon la revendication 2, dans lequel le côté pression de la plate-forme (110) comporte au moins deux cavités (133) de plate-forme sensiblement séparées, chaque cavité (133) de plate-forme ayant un raccord haute pression (148) et un raccord basse pression (149), et un groupe de broches (151).
  15. 15. Système de refroidissement de plate-forme selon la revendication 14, dans lequel les cavités (133) de plate-forme comportent au moins un raccord (156) de cavités qui constitue un raccord étroit entre les cavités (133).
  16. 16. Système de refroidissement de plate-forme selon la revendication 2, dans lequel, décalée par rapport à la paroi extérieure (136) et approximativement parallèle à ladite paroi extérieure, la cavité (133) de plate-forme comporte une paroi de contact (160), la paroi de contact (160) consistant en une paroi qui divise sensiblement la cavité (133) de plate-forme en une cavité amont, laquelle comporte l'emplacement où le raccord haute pression (148) se raccorde à la cavité (133) de plate-forme, et une cavité aval, laquelle comporte l'emplacement où le raccord basse pression (149) se raccorde à la cavité (133) de plate-forme ; et dans lequel la paroi de contact (160) comporte une pluralité d'ouvertures (163) de refroidissement par contact qui sont conçues pour créer une action de contact d'un flux d'agent de refroidissement circulant de la cavité amont à la cavité aval et pour diriger le flux d'agent de refroidissement modifié contre la paroi extérieure (136).
  17. 17. Système de refroidissement de plate-forme selon la revendication 16, dans lequel la paroi de contact (160) est constituée par au moins une paroi de contact rapportée non solidaire, la paroi rapportée de contact non solidaire (160) étant constituée par une paroi rapportée ayant une pluralité d'ouvertures (163) de refroidissement par contact formées à travers celle-ci, qui s'insère sur une distance prédéterminée à travers une fente (164) formée à travers la face inférieure (114) de la plate-forme (110).
  18. 18. Système de refroidissement de plate-forme selon la revendication 17, dans lequel : la paroi rapportée de contact non solidaire (160) comporte une structure (162) de paroi d'une longueur prédéterminée et une base (161) de paroi d'une largeur prédéterminée ; la largeur prédéterminée étant plus grande que la fente d'insertion (164) dans la face inférieure (114) de telle sorte que la nase de paroi constitue une butée ; et la longueur prédéterminée consistant en une longueur sur laquelle un bord de la structure (162) de paroi se trouve à proximité immédiate du plafond (134) de la cavité (133) de plate-forme une fois que la paroi rapportée de contact non solidaire (160) est insérée de telle manière que la base arrête l'insertion par contact avec la face inférieure (114) de la plate-forme.
  19. 19. Système de refroidissement de plate-forme selon la revendication 2, dans lequel la cavité (133) de plate-forme comporte un diviseur (166) de flux, le diviseur (166) de flux étant placé face au raccord haute pression (148) et conçu pour diviser le flux d'agent de refroidissement lorsque l'agent de refroidissement entre dans la cavité (133) de plate-forme.
  20. 20. Procédé de création d'un système de refroidissement de plate-forme dans une aube (100) de rotor de turbine ayant une plate-forme (110) à une interface entre une pale (102) et une emplanture (104), l'aube (100) de rotor comprenant un passage intérieur de refroidissement (116), formé dans celle-ci, qui s'étend depuis un raccordement avec une source d'agent de refroidissement au niveau de l'emplanture (104) jusqu'à au moins la hauteur radiale approximative de la plate-forme (110), dans lequel, en fonctionnement, le passage intérieur de refroidissement (116) comporte au moins une zone d'agent de refroidissement à haute pression et une zone d'agent de refroidissement à basse pression, et dans lequel, sur un côté qui coïncide avec un côté pression de la pale (102), un côté pression de la plate-forme (110) comporte une face supérieure (113) s'étendant dans la direction circonférentielle depuis la pale (102) jusqu'à une face d'impact (126) côté pression ; le procédé comprenant les étapes de : formation d'une cavité (133) de plate-forme dans le côté pression de la plate-forme (110), la cavité (133) de plate-forme comportant un plancher interne sensiblement plat (135) qui est en regard d'un plafond externe sensiblement plat (134) ; depuis un emplacement sur la face de contact (126) côté pression ou la face de contact (122) côté aspiration, usinage d'un raccord haute pression (148) qui relie la cavité (133) de plate-forme à la zone d'agent de refroidissement à haute pression du passage intérieur de refroidissement (116) ; depuis un emplacement sur la face d'impact (126) côté pression ou la face d'impact (122) côté aspiration, usinage d'un raccord basse pression (149) qui relie la cavité (133) de plate-forme à la zone d'agent de refroidissement à basse pression du passage intérieur de refroidissement (116) ; et formation d'un groupe de broches (151) dans la cavité (133) de plate-forme, le groupe de broches comprenant une pluralité de broches espacées (151) s'étendant radialement entre le plancher (135) et le plafond (134) de la cavité (133) de plate-forme.
  21. 21. Procédé selon la revendication 20, dans lequel : la face supérieure (113) de la plate-forme et la face inférieure (114) de la plate-forme sont chacune planes et approximativement parallèles ; la cavité (133) de plate-forme a une configuration plane avec un intervalle radial approximativement constant entre le plancher (135) et le plafond (134) ; le plafond (134) de la cavité se trouve à proximité de la face supérieure (113) de la plate-forme (110) et est approximativement parallèlement à ladite face supérieure l'emplacement où le raccord haute pression (148) se raccorde à la cavité (133) de plate-forme est opposé à l'emplacement où le raccord basse pression (149) se raccorde à la cavité (133) de plate- forme de l'autre côté d'au moins une grande partie de la cavité (133) de plate-forme ; et le passage intérieur de refroidissement (116) constitue un trajet sinueux, la zone d'agent de refroidissement à haute pression du passage intérieur de refroidissement (116) constituant une zone amont du trajet sinueux et la zone d'agent de refroidissement à basse pression constituant une zone aval du trajet sinueux.
  22. 22. Procédé selon la revendication 20, dans lequel : le raccord haute pression (148) s'étend sur un trajet linéaire à travers la plate-forme (110) depuis un emplacement sur la face d'impact (122) côté aspiration jusqu'à une jonction avec la cavité (133) de plate-forme et, entre ceux-ci, divise en deux la zone d'agent de refroidissement à haute pression du passage intérieur de refroidissement (116) ; et le raccord basse pression (149) s'étend sur un trajet linéaire depuis un emplacement sur la face d'impact (122) côté aspiration jusqu'à une jonction avec la cavité (133) de plate-forme et, entre ceux-ci, divise en deux la zone d'agent de refroidissement à basse pression du passage intérieur de refroidissement (116).
  23. 23. Procédé selon la revendication 21, comprenant en outre les étapes de : fabrication de bouchons (155) à configuration prédéterminée ; et à l'aide des bouchons fabriqués (155), boucher chacune des sorties (158) de raccords formées grâce à l'usinage du raccord basse pression (149) et du raccord haute pression (148) ; dans lequel la configuration prédéterminée des bouchons (155) réduit la section de passage depuis chacune des sorties (158) de raccords de façon que soit réalisée une caractéristique voulue d'action de contact de l'agent de refroidissement et une caractéristique de dosage voulue.
  24. 24. Procédé selon la revendication 23, dans lequel la cavité (133) de plate-forme est formée de manière à comporter une paroi extérieure (136) et une paroi intérieure (137), la paroi extérieure (136) étant approximativement parallèle et espacée par rapport à la face d'impact (126) côté pression et la paroi intérieure (137) formant un arc qui s'étire depuis une extrémité avant (138) de la paroi extérieure (136) jusqu'à une extrémité arrière (139) de la paroi extérieure (136) ; dans lequel le profil de l'arc de la paroi intérieure (137) ayant une forme et une position approximatives correspondant au profil du côté pression de la pale (102), là où le côté pression de la pale (102) croise la plate-forme (110) ; et dans lequel l'extrémité avant (138) de la paroi extérieure (136) constitue une position axiale proche du bord d'attaque (107) de la pale (102) et l'extrémité arrière (139) de la paroi extérieure (136) constitue une position axiale prés du bord de fuite (108) de la pale (102).
  25. 25. Procédé selon la revendication 20, comprenant en outre l'étape d'usinage d'une pluralité d'ouvertures de refroidissement, chaque ouverture de refroidissement comportant une étroite sortie qui s'étend depuis la cavité (133) de la plate-forme jusqu'à la face supérieure (113) de la plate-forme ou la face d'impact (126) côté pression ou la face d'impact (122) côté aspiration ; dans lequel les ouvertures de refroidissement sont conçues de manière à avoir une section de passage prédéterminée, la section de passage prédéterminée correspondant à une caractéristique voulue de contact de l'agent de refroidissement et/ou une caractéristique voulue de dosage d'agent de refroidissement.
  26. 26. Procédé selon la revendication 20, dans lequel l'étape de formation d'un groupe de broches dans la cavité (133) de plate- forme comprend les étapes de : usinage d'une pluralité d'ouvertures (152) pour broches à des emplacements prédéterminés sur la face inférieure (114) de la plate-forme (110) ; fabrication d'une pluralité de broches (151) de façon que les broches (151) s'insèrent d'une manière voulue dans la cavité (133) de plate-forme à travers les ouvertures (152) pour broches ; et installation à demeure des broches (151) dans la cavité (133) de plate-forme à travers les ouvertures (152) pour broches, les broches installées (151) ayant une longueur prédéterminée de façon que, lorsqu'elles sont installées, une extrémité de chaque broche (151) se trouve tout prés du plafond (134) de la cavité (133) de plate-forme.
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