Brevet FR2077376A1 — publié le 19711022

La présente invention concerne des perfectionnements aux machines à écoulement de fluide et sera décrite, sans y être limitée, en se référant aux moteurs à turbine à gaz comportant, à l'avant, un ventilateur, soufflante ou compresseur, rotatif d'assez grandes dimensions, placé dans une enceinte, conduit ou canal entou— 5 rant partiellement un carter renfermant un générateur de jets gazeux, actionné par une turbine à gaz, situé en aval dudit ventilateur et accouplé à lui pour recevoir une partie de sa puissance. Un des buts de l'invention est de chercher à réduire le niveau de bruit de fonctionnement d'un moteur à ventilateur avant, et en particulier les bruits oc-10 casionnés par l'action réciproque des remous naissant entre le ventilateur rotatif et une ou plusieurs aubes de guidage placées entre le carter du générateur de jets gazeux et le canal du ventilateur® Selon un de ses aspects, l'invention comprend donc une machine à écoulement de fluide comportant un canal annulaire dans lequel est montée une couronne de 15 pales de rotor et au moins une aube placée en aval de celle-ci, ladite aube, ou chacune d'elles, occupant toute la largeur dudit canal et étant incurvée dans le sens de la circonférence de ce dernier de façon qu'une partie au moins de son bord d'attaque soit dans un plan essentiellement orthogonal à celui du, ou des remous naissant d'une ou plusieurs pales du rotor tournant, et que l'action réciproque des re-20 mous desdites pales et de ladite aube ou de chacune d'elles soit réduite ou pratiquement éliminéeo Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, une paroi annulaire au moins dudit canal sera faite d'une matière absorbant les sons, ou en contiendra, au moins dans la zone de jonction de ladite aube, eu de chacune d'elles, et de la-25 dite paroi, ou de chacune d'elles» L'invention comportera, de préférence, une couronne d'aubes telles que définies ci-dessus. Selon un aspect préféré de l'invention, l'extrémité interne de ladite aube, ou de chacune d'elles, est approximativement tangente à la paroi interne dudit 30 canal. Ladite aube, ou chacune d'elles, pourra éventuellement être incurvée dans un sens angulaire opposé au sens angulaire de rotation, en cours de fonctionnement, des pales du rotor. Ledit canal peut être le canal de flux dérivé d'un moteur à turbine à 35 gaz à ventilateur et ladite aube, ou chacune d'elles, peut être une aube de guidage de sortie. liais il pourra, au contraire ou également, être le canal du compresseur ou de la turbine d'un moteur à turbine à gaz dans lequel la, ou lesdites aubes, seront aussi des aubes de guidage de sortie. Par exemple, le canal en question pourra être le conduit mqyenne-pression d'un moteur à turbine à gaz à trois arbres» 40 L'invention va maintenant être décrite, simplement à titre d'exemple, en BAD ORIGINAL 71 02111 2 2077376 se référant aux dessins annexés, dans lesquels î - la figure 1 est une vue latérale schématique, en partie écorchée, d'une machine à écoulement de fluide selon la présente invention, sous la forme d'un groupe moteur à turbine à gaz et à ventilateur.avant ; - la figure 2 représente le moteur de la figure 1 vu depuis la flèche 2 à droite de la figure 1 ; et - la figure 3 est une vue schématique isométrique à plus grande échelle d'une p&le de rotor de ventilateur et d'une aube de guidage de sortie de la machine selon l'invention» Sur la figure 1 on voit une machine à écoulement de fluide, en l'occur-rence ion groupe moteur 10 à turbine à gaz et à ventilateur avant, ce dernier étant enveloppé d'une chemise annulaire 11 entourant partiellement le carter cylindrique 12 d'un générateur de jets gazeux à turbine à gaz. Le générateur placé dans le carter 12 comprend, comme d'habitude, et successivement dans l'axe d'écoulement des fluides, un compresseur, un appareillage de combustion, une turbine et des organes d1échappement« Il possède un orifice d'entrée 13 à son extrémité amont et, plus en avant, un moyeu rotatif 14 accouplé, par un arbre rotatif (non représenté), à la turbine à gaz du générateur. Le moyeu 14 porte une couronne de pales de ventilateur 15 tournant avec lui. Une partie de l'air comprimé par le ventilateur 15 pénètre dans le canal du ventilateur 16, l'autre partie étant absorbée par le générateur dans lequel il pénètre par l'orifice d'entrée 13» En aval du ventilateur 15, le carter 12 du générateur est porté par l'enveloppe 11 du ventilateur au moyen d'aubes de guidage de sortie 17 de profil essentiellement aérodynamique. Ainsi qu'on le voit particulièrement bien sur la figure 2, chaque aube de guidage de sortie 17 est essentiellement tangente au carter du générateur 12 et est incurvée circonférentiellement sur toute sa partie occupant la largeur du canal 16 du ventilateur. Sur les figures 2 et 3, une flèche 20 indique le sens de rotation des pales 15 du ventilateur et on peut y voir que les aubes de guidage de sortie 17 sont incurvées dans un sens opposé au sens de rotation des pales 15o Mais ceci n'est que descriptif car le sens d'incurvation des aubes 17 dépend surtout des caractéristiques d'écoulement de l'air du ventilateur. Sur la figure 3 on voit que chaque pale du ventilateur 15 possède un bord d'attaque 21 et un bord de fuite 22, et que chaque aube de guidage de sortie 17 a un bord d'attaque 24 et un bord de fuite 25. On voit clairement sur les figures 2 et 3 que, dans ce mode préféré de réalisation, le bord d'attaque 24 d'une aube de guidage de sortie 17 donnée fait un angle droit avec les bords de fuite respectifs 22 .d'une pluralité de pales de ventilateur rotatif 15« Mais ceci n'est é-galement qu'un exemple descriptif car l'angle effectif doit être choisi en tenant compte de la "torsion" ou "pas hélicoïdal" des veines de remous partant des pales BAD ORIGINAL 71 02111 3 2077376 15 du rotor, lequel dépend lui-même de divers paramètres de fonctionnement tels que l'écoulement de la masse mobile, la vitesse axiale de l'air, ou la vitesse de rotation des pales» La réalisation décrite ci-dessus et représentée dans les dessins présen-5 te des avantages en ce qui concerne la réduction du bruit» On sait très bien qu'une source de bruit dans les moteurs à turbine à gaz réside généralement dans l'action réciproque des remous provoqués par une couronne de pales tournante sur une couronne d*aubes fixe située en aval de la première» L'expérience a révélé que le niveau du bruit dépend de la façon dont les 10 veines de remous traversent lesdites aubes» L'inventeur a également découvert que les perturbations à l'écoulement de l'air sur les aubes sont considérablement réduites si lesdites veines de remous s'écoulent seulement le long de la surface des aubes 31 correspondant à la corde de leur arc au lieu d'agir sur toute la longueur des aubes (c'est-à-dire leur étendue radiale, par rapport au moteur) simultanément 15 comme dans les machines classiques à écoulement de fluide» Dans la présente invention, les aubes 17 sont disposées de façon que l'action réciproque simultanée des veines de remous sur toute la longueur des aubes 17 soit, non seulement réduite, mais encore, moyennant certaines conditions particulières de conception, essentiellement éliminée par l'incurvation circonfé— rentielle des aubes 17» C'est ce que représente schématiquement la figure 3» Les lignes 30 y représentent les limites radiales d'une veine de remous partant du bord de fuite 22 d'une pale 15 de ventilateur rotatif et pénétrant dans le canal 16 du ventilateur où se produit l'action réciproque de ladite veine eL d'une aube de guidage de sor-^ tie 17» Bien que chaque veine franchisse une pluralité d'aubes de guidage 17, son mouvement relativement à celles-ci est tel qu'il en résultera un minimum de pei>-turbation pour la charge aérodynamique totale de chaque aube» Ceci est dû a l'incurvation circonférencielle des aubes de guidage 17 qui leur permet d'être toujours à angle droit avec lesdites veines de remous» 30 Une autre caractéristique avantageuse de l'invention est qu'en cas de circonstances imprévues ne permettant pas de remplir les conditions exactes nécessaires pour la réduction au minimum du bruit causé par l'action réciproque des remous, une bonne partie des ondes sonores réfléchies ou émises par les aubes de guidage 17 tendra à se propager vers le carter 12 du générateur et/ ou la paroi 35 interne de la chemise du canal 16. Le niveau du bruit de fonctionnement du moteur 10 est encore abaissé au moyen de surfaces absorbant les sons indiquées par des hachures 35 (figure 1) sur la paroi interne du canal 16 et sur la paroi externe du carter 12 du générateur. Ceci est dû au fait que les aubes de guidage de sortie on tendance à réfléchir le bruit sur les parois du canal dans lequel elles sont montées» 71 02111 4 2077376 Bien, que sur la figure 2 on ait représenté six aubes de guidage de sortie 17, leur nombre peut être choisi à volonté et même être réduit à une unité. Il est également évident que l'invention ne s'applique pas seulement aux moteurs à ventilateur avant tels que celui représenté dans les dessins, mais aussi 5 aux moteurs à ventilateur (ou compresseur) médian ou arrière et d'une façon générale à toutes les machines à écoulement de fluide dans lesquelles on désire réduire le bruit» L'invention n'est pas limitée à la réduction du bruit dû à. l'action réciproque des remous entre pales de ventilateur rotatif et aubes de guidage de sortie, 10 mais que le problème d'une telle action entre des aubes de guidage d'entrée et des .pales de rotor adjacentes peut être résolu de même manière. 71 02111 s 2077376 REVENDICATIONS 1. Machine à écoulement de fluide comportant un canal annulaire dans lequel est montée une couronne de pales de rotor, et au moins une aube placée en a-val de celle-ci, caractérisée en ce que ladite aube ou chacune d'elles, occupe toute la largeur dudit canal et est incurvée dans une direction circonférentielle 5 telle qu'une partie au moins de son bord d'attaque soit dans un plan essentiellement orthogonal à celui du, ou des remous progressant, en cours de fonctionnement, à partir d'une ou plusieurs desdites pales de rotor, et que l'action réciproque des remous desdites pales et de ladite aube ou de chacune d'elles soit réduite ou pratiquement éliminée. 10 20 Machine à écoulement de fluide selon la revendication 1, caractéri sée en ce qu'au moins une paroi annulaire diidit canal est faite d'une matière absorbant les sons, ou comprend cette matière, au moins dans la zone de jonction de ladite aube ou de chacune d'elles, et de ladite paroi ou de chacune d'elles. 3. Machine à écoulement de fluide selon les revendications 1 ou 2, pri-15 ses séparément, caractérisée en ce qu'elle comporte une couronne desdites aubeso 4. Machine à écoulement de fluide selon une des revendications précédentes, prises séparément, caractérisée en ce que l'extrémité interne de ladite aube ou de chacune d'elles est approximativement tangente à la paroi interne dudit canal. 20 5. Machine à écoulement de fluide selon une des revendications précé dentes, prises séparément, caractérisée en ce que l'aube ou chacune d'elles, est incurvée dans un sens angulaire opposé au sens angulaire de rotation des pales du rotor en cours de fonctionnement. 60 Machine à écoulement de fluide selon une des revendications précé-25 dentes, prises séprjrcment, caractérisée en ce que ledit canal est un conduit de ventilateur d'un moteur à turbine à gaz à ventilateur, et que ladite aube, ou chacune d'elles, est une aube de guidage d'entrée ou de sortie. 7. Machine à écoulement de fluide selon une des revendications 1 à 5, prises séparément, caractérisée en ce que ledit canal est le conduit du compresseur 30 ou le conduit de la turbine à gaz d'un moteur à turbine à gaz, et que ladite aube, ou chacune d'elles, est une aube de guidage d'entrée ou de sortie»