Brevet FR2004479A1 — publié le 19691128

-1- 2ÛÔ4479 La présente invention se rapporte à une couronne d'aubes directrices de turbomachines, couronne que le fluide moteur traverse à peu près parallèlement à l'axe de rotation. Elle est caractérisée par le fait que les aubes comportent des canaux sensi-5 blement parallèles à leur axe et sont subdivisées en groupes individuels assemblés en un'segment dans lequel toutes leurs extrémités de pied sont fixées à une pej?tie de pied qui sert à maintenir ce segment dans le support des aubes et toutes leurs extrémités de tête, du côté de l'axH du rotor, sont reliées à une partie 10 de tête creuse et comportant au moins une ouverture de sortie, de façon que leurs canaux débouchent dans la chambre de cette partie de tête; et que finalement les parties de tête de tous les segments de la couronne forment un anneau disposé entre les pieds des couronnes d'aubes mobiles adjacentes. 15 II est indiqué que tous les segments d'une couronne d'aubès directrices soient identiques. Dans des cas particuliers il pourrait aussi être recommandable de donner à certains d'entre eux un pas ou un nombre d'aubes différent de ceux d'autres segments de la même couronne. 20 Le support peut de la manière habituelle être constitué par l'enveloppe elle-même de la turbomachine ou par un élément particulier disposé à l'intérieur de cette enveloppe. On peut aisément réaliser les segments selon un même calibre, ce qui assure qu'ils peuvent être ajustés sans jeu dans le support. En outre ces seg-25 ments qui ont une longueur périphérique plus grande que les aubes sont bien mieux maintenus dans ce support, notamment en cas de contrainte axiale. Si l'on envoie par la partie de pied qui sert à la fixation et par les canaux des aubes un agent de refroidissement dans la 30 chambre de la partie de tête, on peut refroidir de façon très , simple dans les turbines à haute température la couronne d'aubes directrices. En outre on peut de la même manière chauffer ces aubes au moyen d'un agent de chauffage. A titre de développement utile de l'invention, la partie de 55 pied d'un segment peut également être creuse et comporter au moins une ouverture. Par cette ouverture on peut envoyer de l'extérieur un agent de refroidissement ou de chauffage dans cette chambre et dans les canaux des aubes, en le répartissant régulièrement. Cette partie de pied se compose convenablement d'une pièce d'arrêt en 06016 -2- 2004479 tôle façonnée, fixée aux aubes par soudure, et d'une pièce de forme qui lui est fixée par soudure et s'ajuste dans la gorge d'arrêt du support, ces deux pièces cernant une chambre. La pièce de forme peut comporter, outre des surfaces d'ajustage axiales,, 5 des surfaces d'ajustage radiales permettant de centrer la couronne dans son support ou dans l'enveloppe. La chambre de la partie de tête peut être fermée au moins d'un côté frontal par une pièce d'ajustage qui peut être insérée dans une pièce complémentaire de la partie de pied du segment ad-10 jacent. Il est recommandable de fermer la chambre de la partie-de tête d'un segment, sur trois côtés d'une section rectangulaire^ par des parois en tôle, et sur le quatrième, celui qui est le plus près de l'axe du rotor, par une pièce de forme. Cette partie de tête peut comporter du côté tourné vers cet axe une surface 15 servant de pièce de frottement. Grâce à ces pièces on peuts lorsqu'on met la machine en service et pendant son fonctionnement utile, tempérer les aubes en réglant de façon appropriée leur .refroidissement de façon à maintenir toujours le jeu entre le rotor et la couronne d'aubes directrices au minimum juste admissible » 20 Si toutefois - par exemple à la mise en service initiale ■= il y a frottement de la roue mobile sur la partie de tête de la couronne d'aubes directrices, il ne se produit pas de détérioration» Au contraire les surfaces qui frottent l'une contre l'autre se façonnent mutuellement de telle manière qu'en service continu il suh-25 siste un faible jeu. Le refroidissement des segments empêche également les aubes de se dilater pendant le frottement sous l'effet de la chaleur dégagée par ce frottement. ■ - Celle des surfaces de la partie de tête qui agit comme élément de frottement est convenablement montée sur un support relié 30 de façon amovible à la partie de pied - en particulier à sa pièaè de forme Une paroi au moins de la chambre de cette partie de tête - surtout la paroi 22 qui se trouve du côté de l'étage à . pression supérieure - peut comporter au moins une ouverture tournée vers les pieds des aubes d'une couronne adjacente de roue mo-35 bile. Pour égaliser l'écoulement de l'agent de refroidissement, cette chambre de la partie de tête peut être subdivisée dans s,a longueur, entre au moins deux aubes, par au moins une cloison transversale. On peut adjoindre à au moins l'une des chambres partielles limitées par cette cloison au moins une ouverture tourne© BAD ORIGINAL 69 06016 -5- 2004479 vers les pieds d'une couronne d1aubes de roue mobile adjacente. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant à titre explicatif, mais nullement 5 limitatif, une forme de réalisation conforme à 1'invention- Sur ces dessins : , - la figure 1 est une vue simplifiée d'une couronne complète d'aubes directrices, faite dans le sens de l'axe du rotor ; - la figure 2 représente à plus grande échelle un segment à 10 aubes vu dans le sens de l'axe du rotor ; et : - la figure 3 enfin est une coupe du segment de la figure 2, faite par un plan contenant l'axe du rotor. Les divers 'sogmcaits à aubes 3 sont insérés dans une gorge de blocage 17 du support 4. Celui-ci est séparé en deux moitiés 15 dans un plan horizontal. Les segments peuvent ainsi, comme des aubes individuelles, être introduits et fixés dans les gorges 33 et 3^. Chaque segment comporte quatre aubes 1, une partie de pied 5 et une partie de tête creuse 12. 20 Les aubes 1 comportent un canal longitudinal qui a en coupe une forme correspondant à la forme extérieure et à l'action de refroidissement désirée, de sorte que lorsqu'en service les aubes sont léchées par les gaz chauds leur surface a en tous points des températures aussi égales que possible. A leur extrémité de pied 25 opposée à l'axe 7 du rotor, ces aubes sont fixées à une pièce de tôle 30 au moyen de soudures 6. Cette tôle forme, avec la pièce de forme qui lui est reliée par la soudure 16 et qui s'ajuste dans le gorge de fixation 17, la partie de pied 5 du segment. L'ouverture 15 de cette pièce de forme fait communiquer la chambre 14 30 ainsi formée avec la chambre qui subsiste dans cette gorge 17• A leurs extrémités de tête, du côté de l'axe du rotor, les aubes 1 sont reliées par des soudures 8 à la partie de tête 12 disposée entre les pieds 10 des aubes de turbine adjacentes de façon que leurs canaux 2 débouchent dans la chambre 13 de cette 35 partie de tête. Celle-ci comporte sur trois côtés de sa section rectangulaire des parois en tôle 21, 22, 23. Sur son quatrième côté, le plus voisin de l'axe du rotor, elle est fermée par une pièce de forme 24. Sur le support 26, une pièce 25 en une matière appropriée constitue un élément de frottement qui y est monté 69 06016 -4- 2004479 amovible grâce à ce support et à des broches 32. Cette pièce de frottement peut être maintenue, par conduite appropriée du refroidissement, à une distance 35 du rotor 36 telle qu'en service continu on peut maintenir un espace 37 aussi étroit que possible 5 entre les étages consécutifs. A la mise en service initiale, elle peut certes venir frotter sur le rotor, mais à cause des effets de rodage qui se produisent ainsi, le jeu s'établit de façon qu'en service il ne reste qu'un jeu 35 de très faible valeur. La chambre 13 de la partie de tête 12 comporte des perçages 10 29 dirigées vers les pieds 10 des aubes mobiles des étages adjacents. On voit qu'un agent de refroidissement approprié gazeux (éventuellement aussi une vapeur, le cas échéant aussi remplacé par un liquide) peut être amené de la chambre de la gorge 17 par l'ouverture 15, la chambre 14 et le canal 2, dans cette chambre 15 13, et en être projeté par les ouvertures 29 contre les pieds des aubes mobiles. L'ensemble des têtes de tous les segments 3 forme ainsi un anneau 11 qui entoure étroitement la surface 36 du rotor et réduit à une valeur insignifiante la quantité de fluide moteur de la turbomachine pénétrant dans les canaux des aubes. 20 La chambre 13 est fermée à une extrémité par une pièce d'ajus tage 19 dont la partie saillante est enfoncée dans une pièce complémentaire 20 du segment adjacent. De le sorte, non seulement les divers segments sont maintenus rigidement dans le plan de la couronne, mais encore les chambres 13 de totis les segments sont 25 obturées hermétiquement entre elles. On obtient déjà de la sorte une certaine égalisation de l'écoulement du véhicule de chaleur dans les canaux des aubes. De plus, cette chambre peut encore être subdivisée en longueur, entre chaque aube, par des cloisons transversales 27- Si alors à chacune des diverses chambres par-30 tielles ainsi crées il est adjoint une ouverture 29 dans la paroi 22, on peut égaliser les écoulements dans chaque aube. La section beaucoup plus petite de ces ouvertures 29 de la partie de tête par rapport à toutes les ouvertures 15 de la partie de pied 5 fait qu'il passe sous forte pression dans chaque aube la même 35 quantité d'agent de refroidissement ou de chauffage. Ces ouvertures 29 doivent avoir une section qui dose une quantité d'agent de refroidissement suffisante pour la température donnée et'la matière utilisée. Après être sorti des ouvertures 29, l'air de refroidissement passe en grande partie sous forme d'une couche sur les 69 06016 -5- 2004479 parois 22 et 21 et diminue ainsi le contact de la partie de tête 12 avec les gaz d'entraînement chauds qui passent entre les aubes. Une autre partie de cet air passe dans l'interstice 37» barre donc ce chemin aux gaz chauds et les empêche ainsi de venir en contact 5 avec la pièce de frottement 25, le support 26 et la pièce de forme 24, de sorte que ces pièces sont protégées de températures trop élevées et d'un échauffement trop rapide à la mise en marche. On peut aussi réunir dans un segment plus, ou éventuellement moins, d'aubes que les quatre représentées dans l'exemple de réali-10 sation. Le choix de ce nombre d'aubes est fondé sur les conditions de température au démarrage à froid, le pas de la couronne, la matière choisie pour les divers éléments et aussi les conditions de refroidissement au démarrage. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite ci-15 dessus qu'à titre explicatif mais nullement limitatif et que l'on pourra y apporter toutes variantes sans sortir de son cadre. 69 06016 -6- 2004479 EEVSNDICATIOHS 1. Couronne d'aubes directrices pour turbomachines, traversée par le fluide moteur sensiblement parallèlement à l'axe de rotation, caractérisée par le fait que les aubes (1) comportent 5 des canaux (2) sensiblement parallèles à leur axe et sont subdivisés en groupes, chacun assemblé en un segment (3) dont les aubes (1) sont toutes fixées à leur extrémité de pied à une partie de pied (5) servant à maintenir ce segment (3) dans le support d'aubes (4) et sont toutes reliées à leur extrémité de tête tournée 10 vers l'axe (7) du rotor à une partie de tête (12) creuse et comportant au moins une ouverture de sortie, de façon que leurs canaux (2) débouchent dans la chambre (-13) de cette partie de tête; et que ces parties de tête (12) de tous les segments de la couronne forment un anneau (11) disposé entre les pieds (10) des 15 couronnes d'aubes mobiles adjacentes. 2. Couronne d'aubes directrices pour turbines selon la Eeven dication. 1, caractérisée par le fait que la partie de pied (5) d'un segment (3) est également une pièce creuse (14-) et comporte au moins une ouverture (15)» 20 3- Couronne d'aubes directrices pour turbines selon la Eeven dication 1, caractérisée par le fait que la partie de pied (5) d'un segment (3) se compose d'une pièce de blocage (30) façonnée en tôle et fixée aux aubes par des soudures (6) et d'une pièce de forme (18) qui lui est fixée par des soudures (16) et s'ajuste 25 dans la gorge de fixation (17) chi support d'aubes (4), ces deux pièces entourant une chambre (14). 4. Couronne d'aubes directrices pour turbines selon la Heven dication 3} caractérisée par le fait que la chambre (13) de la-partie de tête (12) est fermée au moins d'un côté frontal par une 30 pièce d'ajustage (19) qui peut être insérée dans une pièce de for me complémentaire (20) de la partie de tête du segment adjacent. 5« Couronne d'aubes directrices pour turbines selon la Revendication 1, caractérisée par le fait que la chambre (13) de la partie de tête (12) d'un segment à aubes est formée sur trois 35 côtés de sa section rectangulaire par des parois de tôle (21, 22, 23) et sur le quatrième côté, le plus proche de l'axe du rotor, par une pièce de forme (24). 6. Couronne d'aubes directrices pour turbines selon la ileven dication 1, caractérisée par le fait que la partie de tête (12) 69 06016 2004479 . d'.un segment (3) est munie, du côté tourné vers l'axe (7) du rotor, d'une surface (25) agissant comme pièce de frottement. 7. Couronne d'aubes directrices pour turbines selon les Re-- vendications 5 et 6, caractérisée par le fait que la surface (25) 5 agissant comme pièce de frottement de la partie de tête (12) est montée sur un support (26) relié de façon amovible à la pièce de forme (24). 8» Couronne d'aubes directrices pour turbines selon la Revendication 5) caractérisée par le fait qu'au moins line paroi (22 ou 10 23) de la chambre (13) de la partie de tête (12) comporte au moins une ouverture (29) tournée vers une couronne d'aubes mobiles adjacente. 9«Couronne d'aubes directrices pour turbines selon la Revendication 5» caractérisée par le fait que la chambre (13) de la 15 partie; ..de. tête (12) est subdivisée longitudinalement, entre au moins deux aubes (1), par au moins une cloison transversale (27). 10. Couronne d'aubes directrices pour turbines selon les Revendications 8 et 9} caractérisée par le fait qu'il est adjoint à au moins.une chambre partielle (28) limitée par une cloison trans-20 versale (27) une ouverture (29) tournée vers une couronne d'aubes mobiles adjacente.