Brevet FR2029035A1 — publié le 19701016

î 2029035 La présente invention concerne les aubes de turbine axiale a vapeur, animées d'une grande vitesse et ayant un diamètre important,dans lesquelles l'écoulement du fluide sur les parties situées radialement à l'extérieur des aubes du dernier 5 étage en particulier dépasse la vitesse du son. De telles aubes sont connues sous 1'appellation d'aubes transsoniques car la vapeur est introduite à une vitesse inférieure à la vitesse du son et ressort à des vitesses supersoniques. Le passage du fluide d'une vitesse subsonique à une 30 vitesse supersonique sans perte de rendement représente un problème de forme aérodynamique difficile à résoudre. La forme qui permettrait d'obtenir des conditions d'écoulement théoriquement optimales, est souvent impossible à réaliser en pratique dans une aube en raison de la minceur de la section des aubes près 15 de leurs têtes extérieures. Des tentatives en vue de réaliser de bons profils transsoniques qui ont été faites antérieurement, ont pour objet un profil d'aube subsonique classique (concave du côté de la face de pression et convexe du côté de la face d'aspiration) inversé de sorte qu'il est à courbure légèrement 20 convexe du côté de la face de pression et à courbure légèrement concave du côté de la face d'aspiration. Ce type de profils et un historique de l'art antérieur sont illustrés par des exemples donnés dans le brevet américain n° 3 333 817. De tels profils d'aubes connus dans l'art antérieur sont terminés par un bord 25 de fuite relativement épais situé en face d'un bord d'attaque tranchant de l'aube- ?djacente. En conséquence, la présente invention a pour objet de créer un profil d'aube transsonique perfectionné qui améliore le rendement dans le passage du fluide.de l'écoulement subsoni-que à un écoulement supersonique entre les aubes. Un autre but de la présente invention est de créer un profil d'aube transsonique amélioré ayant une épaisseur plus uniforme sur toute sa longueur afin d'en accroître l*a résistance sans sacrifier les propriétés aérodynamiques de la forme. ^5■ A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement au dessin annexé une forme de réalisation du dispositif suivant l'invention. D'une façon générale l'invention consiste à disposer des aubes adjacentes de telle façon que leurs sections, près du pourtour extérieur se recouvrent sur environ un quart de la lon40 70 02119 2 2029035 gueur totale de la corde, et à donner aux aubes des profils réalisant une tuyère convergente-divergente dans le premier quart de recouvrement des aubes. Chaque profil d'aube est caractérisé par deux parties plus épaisses, dont l'une est située près du bord 5 d'attaque et l'autre près du bord de fuite de l'aube. Dans la partie médiane du profil d'aube, la face de pression et la face d'aspiration sont sensiblement planes et s'écartent l'une de l'autre en direction de la section de bord de fuite de l'aube. On a représenté au dessin une coupe de deux aubes 10 successives désignées par 1 et 2, prise près des têtes extérieures des aubes. Les hommes de l'art comprendront que la forme et l'orientation près des extrémités,situées radialement à l'intérieur de ces aubes, sont apparemment totalement différentes et qu'une transition progressive est ménagée entre ces extrémités' 15 intérieures et les profils représentés au dessin. Chaque profil d'aube, tel que 2, est divisé en une section de bord d'attaque 3, s'étendant sur environ un quart de la longueur de la corde, une partie médiane 4 s'étendant sur environ la moitié de la longueur de la corde, et une section de bord de fuite 5 s'étendant 20 sur le dernier quart. La section- 3 d'une aube recouvre la section 5 d'une aube adjacente et présente sensiblement la mêrte étendue que celle-ci. Sur le dessin, les aubes se déplacent suivant la direction indiquée par la flèche. La face supérieure 6 est la face 25 de pression des aubes, tandis que la face inférieure 7 est la face d'aspiration. Dans la section 3 de bord d'attaque, l'endroit de l'aube, où l'épaisseur est la plus grande, est désigné par d et est situé à la distance i en arrière du bord d'attaque 8. Le 30 contour du profil de l'aube sur les deux faces de pression et d'aspiration, sur la longueur a approxiraativemsnt la forme d'une ellipse pour laquelle le rapport i/d satisfait à la relation i i/d >1,8 35 A partir du point d'épaisseur maximale d, l'aube se rétrécit jusqu'à un étranglement 11 situé au début de sa partie médiane 4. La face d'aspiration dans cette zone rétrécie a une faible concavité comme représente eh 12. Dans la partie médiane 4 de l'aube, les faces de 40 pression et d'aspiration sont essentiellement planes. On notera 70 02119 3 2029035 en particulier que ces faces s'écartent l'une de l'autre à partir de l'étranglement 11 relativement accusé du début de la partie médiane 4 jusqu'à un ffcolw relativement épais désigné par t à l'endroit le plus épais. Le col est situé approximativement aux 5 trois quarts de la longueur de la corde de l'aube et est appelé ainsi car il est situé en face de la partie la plus épaisse d de la section du bord d'attaque de façon à former avec ladite partie,le col d'une tuyère convergente-divergente entre les aubes 1 et 2. ]D Dans certains cas, l'épaisseur d de la partie la plus épaisse du bord d'attaque est légèrement supérieure à t -alors que, dans d'autres cas, l'épaisseur t du col est légèrement supérieure à d. Dans tous les cas ceoendant, les deux épaisseurs sont à peu près égales par rapport aux autres parties de l'aube, 15 La section de bord de fuite 5 du profil d'aube com porte une face d'aspiration relativement plane, qui est le prolongement de la face d'aspiration mentionnée plus haut de la partie médiane de l'aube. Sur la face de pression, la courbure de l'aube s'inverse au delà du çol t et s'incurve progressivement 20 vers le bord de fuite 9 afin de former une surface légèrement concave sur la face de pression. Le rayon de courbure de cette partie désignée par 10, doit être au moins égale à 20 fois le rayon de courbure du col "t". Le fonctionnement du dispositif conforme à l'inven-25 tion est le suivant : ' Aux endroits des profils d'aubes 1 et 2 proches des parties extérieures des aubes, la partie la plus épaisse "d" de la section de bord de fuite de l'aube 2 est située en face de la partie la plus épaisse "tw du col de l'aube 1, les deux parties 30 considérées formant ensemble une tuyère convergente-divergente réalisant des conditions d'écoulement transsonique, indiquée en I entre les lignes en pointillés. A côté de la zone I, on trouve une zone II d'écoulement supersonique et une zone III d'écoulement supersonique à vitesse sensiblement constante. Le rayon de cour-35 bure de la face d'aspiration concave 12 de l'aube 2 et le rayon de courbure de la face de pression concave 10 de l*aube 1 sont calculés ensemble, en utilisant de préférence la "méthode des caractéristiques*, qui est bien connue des hommes de l'art, pour réaliser des conditions d'écoulement optimaleè. Un avantage de la forme ci-dessus, dans laquelle 70 02119 4 2029035 l'aube comporte une section de bord d'attaque et une section de bord de fuite d'épaisseurs sensiblement égales, est de créer une aube plus symétrique ayant une grande résistance, et de permettre d'utiliser assez de matériau pour obtenir une protection con-5 tre l'érosion du bord d'attaque sur les têtes extérieures. On apporte également des simplifications quant à la conformation de l'aube, en utilisant des profils plats sur environ la moitié de la face de pression et sur environ les trois quarts de la face d'aspiration. 10 Le passage bien contrôlé d'un écoulement transsonique a un écoulement supersonique dans une zone de compression entre des aubes qui se recouvrent, réalisé de façon que les pressions statiques sur les faces de pression et d'aspiration de la section 5 convergent graduellement vers la pression statique aval, accroît 15 fortement le rendement global de l'aube transsonique en rapport avec les dispositifs antérieurement connus. i 70 02119 5 2029035 - REVENDICATIONS - 1. Turbine axiale à vapeur, caractérisée par le fait qu'elle comporte des aubes ayant des têtes se déplaçant dans un fluide élastique passant entre elles a des vitesses transsoniques, 5 et que chaque partie extérieure d'aube est formée de façon à réaliser un profil d'aube ayant une section de bord d'attaque, une section médiane et une section de bord de fuite s'étendant respectivement sur environ le premier quart, la moitié centrale et le dernier quart de la corde de l'aube, l'épaisseur de ladite section du bord d'attaque augmentant, puis décroissant pour réaliser un premier point de référence d'épaisseur maximale, l'épaisseur de ladite section médiane augmentant sur toute sa longueur pour réaliser un second point de référence d'épaisseur maximale entre la section médiane et la section de bord de fuite, et le premier et le second points de référence ayant approximativement la même épaisseur d'aube. 2. Turbine suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que ladite section du bord d'attaque d'une aube recouvre la section du bord de fuite du profil de l'aube adjacente et 20 s'étend sur une même longueur que ce dernier. 3. Turbine suivant la revendication 2, caractérisée par le fait que l'épaisseur de la section de bord d'attaque d'une aube augmente à partir dudit bord d'attaque, puis décroît, que ladite section médiane forme des surfaces sensiblement planes 25 respectivement sur les deux faces de pression et d'aspiration du profil d'aube, lesdites surfaces divergeant légèrement en direction de la section de bord de fuite, et que cette section possède une face d'aspiration sensiblement plane, qui est le prolongement de la face d'aspiration de ladite section médiane, et une 30 face de pression qui se rapproche graduellement de sa face d'aspiration depuis un point d'étranglement d'épaisseur maximum .jusqu'au bord de fuite de l'aube. 4. Turbine suivant la revendication 2 ou 3, caractérisée par le fait que le contour de la section de bord d'attaque, 35 compris entre ce dernier et la partie la plus large de cette section, est pratiquement elliptique et présente des faces de pression et d'aspiration sensiblement symétriques. 5. Turbine suivant les revendications 2, 3 ou 4, caractérisée par le fait que la face d'aspiration de la section de bord 40 d'attaque d'une aube et la face de pression de la section de bord 70 02119 6 2029035 de fuite d'une aube adjacente sont placées en face l'une de l'autre, sont légèrement concaves et ont une forme apte à réaliser une zone d'écoulement supersonique limitée entre lesdites aubes.