Brevet FR2096708A1 — publié le 19720225

l'invention concerne des perfectionnements aux turbines à gaz comprenant un compresseur axial et une soufflante. Elle s'applique notamment aux turboréacteurs d'aviation, mais peut s'appliquer aussi à une turbine à gaz industrielle. 5 le but essentiel d'une soufflante de tur boréacteur est d'alimenter en air un flux appelé flux secondaire qui passe à l'extérieur du carter du compresseur pour fournir au turboréacteur de l'air de refroidissement et de dilution. La portion centrale de la soufflante est située en avant du compres-10 seur et alimente donc généralement celui-ci en air déjà légèrement comprimé. Il est connu, notamment dans le but de faciliter ou de rendre possible la fixation d'un aubage de soufflante comprenant un grand nombre d'aubes sur un moyeu de diamè-15 tre relativement petit, de diviser 1'aubage en un aubage extérieur et un aubage intérieur séparés par une jante à laquelle sont fixés les pieds des aubes de 1*aubage extérieur et qui est reliée au moyeu de la soufflante par un nombre réduit d'aubes formant 1'aubage intérieur. La jante est bien entendu placée dans 20 le prolongement du carter du compresseur, afin de ne pas perturber l'écoulement. Conformément à la présente invention, les aubes de 1'aubage intérieur sont articulées en pied et en tête, respectivement sur le moyeu et sur la jante, autour d'axes pa-25 rallèles à celui du moyeu et sont également inclinées au montage, c'est-à-dire que les plans contenant les deux axes d'articulation d'une même aube sont, au repos, tangents à un cylindre idéal coaxial au moyeu. En service, les aubes de 1'aubage inté-30 rieur transmettent le couple de rotation du moyeu à la jante, Celle-ci se dilate élastiquement, sous l'effet des efforts centrifuges qui lui sont appliqués par 1'aubage extérieur, sans appliquer de contrainte de flexion aux aubes de 1'aubage intérieur, qui se redressent en pivotant autour de leurs articu-35 lations, et sans imposer de déformation locale à la jante. Du fait que les aubes de 1*aubage intérieur servent exclusivement à transmettre le couple de rotation en travaillant essentiellement à la traction et ne sont soumises à aucune autre contrainte mécanique, on peut réduire leur nombre et leur masse. 70 22919 2096708 Selon une particularité de l'invention, l'aubage intérieur est calé "en transparence", c'est-à-dire de façon à ne produira au point d'adaptation, aucun effet aérodynamique, Les aubes de cet aubage intérieur n'ont ainsi à subir à 5 pleine charge aucune contrainte d'origine aérodynamique, ce qui permet de réduire encore leur résistance mécanique, dont leur masse. Cette particularité présente en outre l'avantage que l'aubage intérieur n'a pas d'influence sur l'écou-10 lement d'air entrant dans le compresseur, au moins au voisinage du point d'adaptation, ce qui permet notamment de simplifier la régulation de la machine en réglant la vitesse du compresseur indépendamment de celle de la soufflante. La description qui va suivre en regard 15 des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif, permettra de bien comprendre les avantages de l'invention et l'art de la réaliser, toute particularité qui ressort tant du texte que des figures, rentrant, bien entendu, dans le cadre de ladite invention. 20 La figure 1 est une vue en demi coupe axiale de l'avant d'un turboréacteur à compresseur axial et soufflante, comportant des perfectionnements selon l'invention, la figure 2 est un diagramme des vitesses illustrant le calage de l'aubage intérieur de la soufflante. 25 La figure 3 est une vue partielle en pers pective à plus grande échelle illustrant le montage des aubes de la soufflante. La figure 4 est une vue schématique en coupe transversale à plus petite échelle, illustrant le fonc-30 tionnement de la soufflante. Le turboréacteur dont la partie avant est représentée sur la figure 1 est un turboréacteur à triple corps comprenant une soufflante 1 disposée en avant d'un compresseur axial à basse pression 2 en arrière duquel est disposé 35 un compresseur axial à haute pression non représenté. La soufflante 1, le compresseur 2 et le compresseur à haute pression sont entraînés respectivement, de façon bien connue, par trois turbines montées en cascade derrière une chambre de combustion alimentée en air comburant par les compresseurs, et les gaz 70 22919 2096708 sortant de la dernière turbine sont déchargés dans une tuyère pour former un jet propulsif. On voit sur le dessin le moyeu 3 de la soufflante, solidaire d'un arbre 4 entrainé en rotation par la dernière turbine, et le stator 5 du compresseur à bas-5 se pression 2, qui est solidaire d'un arbre non vu coaxial à l'arbre 4 et entrainé en rotation par la turbine correspondante. On voit en 7 l'avant du carter des compresseurs et en 8 l'avant du carénage extérieur du turboréacteur. En fonctionnement, l'air entrant en 9 à l'avant du réacteur passe dans la soufflante 1, 10 puis est comprimé par le compresseur 2 et à nouveau par le compresseur à haute pression non représenté, et l'air entrant en 10 dans la portion périphérique de la soufflante 1 est comprimé par celle-ci et pénètre par un redresseur 11a dans le canal annulaire 11 compris entre un carénage 6 entourant le carter 7, et 15 le carénage 8, pour fournir au réacteur, de façon bien connue, de l'air de refroidissement et de dilution. La turbine qui entraine la soufflante 1 est construite pour tourner à une vitesse relativement basse, de façon que la soufflante tourne à une vitesse périphérique mo» 20 dérée, de l'ordre de 300 mètres par seconde afin d'obtenir un niveau de bruit très faible. Cependant, pour alimenter le canal 11 en air à line pression suffisante, la soufflante 1 doit avoir un taux de compression de l'ordre de 1,55« Pour fournir ce taux de compression avec un aubage dont la vitesse périphérique est 25 aussi faible, il faut recourir à un nombre d'aubes élevé. Afin d'éviter les difficultés d'insertion des attaches d'un grand nombre d'aubes sur le faible diamètre du moyeu et 1*obstruction -que provoquerait ce grand nombre d'aubes en avant du compresseurt on est conduit à scinder l'aubage en deux parties, à savoir un 30 aubage extérieur 12 comprenant un grand nombre d'aubes (45 aubes dans le mode de réalisation représenté) dont les pieds sont encastrés dans une jante 13 située en avant du carter 7, et un aubage intérieur 14 comprenant un petit nombre d'aubes (9 aubes dans le mode de réalisation représenté) articulés à leurs pieds 35 dans le moyeu 3 et à leurs têtes dans la jante 13. Le montage des aubages 12 et 14 est représenté schéiiiatiquement sur la figure 3« Chacune des aubes 15 de l'aubage extérieur 12 est pourvue d'un pied à section trapézoïdale 16 qui est enfilé dans une rainure longitudinale de 70 22919 2096708 4 section correspondante 17 pratiquée dans la face extérieure de la jante 13, de façon à former un assemblage à queue d'aronde. Chacune des aubes 18 de l'aubage intérieur 1$ est pourvue d'une tête 19 comportant des tenons 20 espacés axialement et dirigés 5 radialement vers l'extérieur, et d'un pied 21 comportant des tenons 22 espacés axialement et dirigés radialement vers l'intérieur. Les tenons 20 sont engagés entre des nervures circulaires espacées 23 de la face intérieure de la jante 13 et de part et d'autre de celles-ci et sont montées pivotantes au moyen 0 d'un axe 24 traversant des alésages des tenons et des nervures. Le montage pivotant du pied de chaque aube 18 est réalisé de façon semblable au moyen d'un axe 25 traversant des nervures circulaires espacées 26 pratiquées à la périphérie du moyeu 3, et les tenons 22 engagés entre ces nervures et de part et d'autre de 5 celles-ci. Les axes 24 et 25 sont parallèles à l'axe commun X X' du moyeu 3 du rotor 5, et les aubes 18 sont montées inclinées c'est-à-dire que les plans passant par les axes 24 et 25 d'une même aube 18 sont tangents à un cylindre idéal 27 d'axe X X' (voir figure 4). On voit sur la figure 4 que, lorsque le moyeu j 3 est entrainé en rotation dans le sens de la flèche F, les aubes 18 de l'aubage intérieur 14 transmettent le couple de rotation à la jante 13 et subissent seulement un effort de traction, Sous l'effet des efforts centrifuges qui lui sont appliqués par l'aubage extérieur 12, la jante 13 se dilate élasti-5 queutent, et cette dilation n'est pas contrariée/du fait que la jante 13 est supportée à libre dilatation par les aubes 18. On voit en effet sur la figure 4 que si la jante 13 se dilate pour venir dans la position figurée en trait interrompu en 13a, les aubes 18 pivotent autour des axes 24 et 25 pour venir dans la 0 position figurée en trait interrompu en 18a. Ce déplacement n'impose aux aubes 18 aucun effort de flexion. Les aubes 18 de l'aubage intérieur 14 sont calées "en transparence", c'est-à-dire de façon à ne produire aucun effet aérodynamique sur l'air entrant en 9 (figu-^ re 1), lorsque le turboréacteur fonctionne au point d'adaptation. Ce calage "en transparence" est illustré par la figure 2, qui montre le diagramme des vitesses à l'entrée et à la sortie d'un profil d'aube 18 animé d'une vitesse tangentielle "Û*dans le sens de la flèche P. L'air entrant dans l'aubage 13 à la 70 22919 2096708 vitesse absolue 1* a, par rapport aux profils d'aube 18, une vitesse relative ¥*r qui est la résultante de Y*et de -U. Le calage "en transparence" consiste à incliner les aubes 18 par rapport à la direction de l'air incident 9> de l'angle^ dont la 5 vitesse relative ¥^est inclinée sur la vitesse absolueLa vitesse relative ¥1* à la sortie de l'aubage est égale m de sorte que la composition de cette vitesse relative W1* avec la vitesse tangentielle donne, à la sortie de l'aubage 14, une vitesse absolue YT*égale à la vitesse absolue V*a l'entrée 10 de l'aubage. Du fait de ce calage "en transparence", l'aubage intérieur 14 de la soufflante n'a donc aucune influence sur l'écoulement d'air 9 entrant dans 'le compresseur, au .point moins au voisinage du/ d'adaptation. . Le principal avantage 15 de cette disposition est que le réacteur se comporte, au point de vue de la régulation, comme un réacteur à double corps, c'est-à-dire comme si il n'y avait pas de soufflante. La souf-. fiante sert seulement à fournir au canal annulaire 11 l'air de refroidissement et de dilution. De plus, le taux de dilution 20 étant indépendant du taux de compression du compresseur à double corps, il est possible de modifier très simplement le turboréacteur pour obtenir un taux de dilution différent, en changeant seulement la roue de la soufflante, sans toucher au reste du réacteur. Une telle modification peut être désirable en 25 effet, pour adapter le réacteur à un avion à décollage rapide (STOL) qui exige un réacteur à fort taux de dilution. En outre, du fait que l'aubage 14 ne produit aucun effet aérodynamique, l'écoulement d'air 9 ne lui impose pratiquement aucune contrainte. Il suffit donc que les au-30 bes 18 aient une résistance mécanique leur permettant de transmettre le couple de rotation du moyeu 3 à la jante 13 en travaillant à la traction, puisqu'elles n'ont pas à supporter d'effort d'origine aérodynamique. L'invention ne s'applique pas seulement à 35 un turboréacteur, mais peut s'appliquer aussi à une turbine industrielle à laquelle elle apporte les avantages suivants : - les contraintes centrifuges ne sont pas transmises au moyeu central, - les aubes de l'aubage intérieur n'ont pas à supporter de con-40 trainte de flexion, - le montage des aubes de l'aubage intérieur est particulièrement facile à réaliser, - la masse de l'aubage intérieur peut être très réduite. 70 22919 2096708 6 REVENDICATIONS 1.- Turbine à gaz, notamment turboréacteur d'aviation, comprenant un compresseur axial et une soufflante constituée par un aubage extérieur fixé à une jante elle-même 5 reliée au moyeu de la soufflante par un aubage intérieur, caractérisé en ce que les aubes de l'aubage intérieur sont articulées en pied et en tête, respectivement sur le moyeu et sont sur la jante, autour d'axes parallèles à celui du moyeu et également inclinées au montage, de façon que les plans conte- 10 nant les deux axes d'articulation d'une même aube soient tangents à un cylindre idéal coaxial au moyeu. 2.- Turbine à gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce que les aubes de l'aubage intérieur sont calées de façon à ne produire, au point d'adaptation, aucun 15 effet aérodynamique. 3.- Turboréacteur d'aviation à double flux et à triple corps, comprenant une soufflante disposée en avant de deux compresseurs axiaux en cascade et traversée par tua premier flux d'air entrant dans les compresseurs et par un 20 second flux passant autour de ceux-ci, caractérisé en ce que la soufflante comprend un aubage extérieur comprimant l'air du second flux et un aubage intérieur dont les aubes sont calées de façon à ne produire, au point d'adaptation, aucun effet aérodynamique sur le premier flux, séparés par une jante située dans 25 le prolongement du carter des compresseurs, que les aubes de l'aubage intérieur sont articulées en pied et en tête, respectivement sur le moyeu et sur la jante, autour d'axes parallèles à celui du moyeu et sont également inclinées au montage, de façon que les plans contenant les deux axes d'articulation d'une 30 même aube soient tangents à un cylindre idéal coaxial au mjyeu, et que les aubes de l'aubage extérieur sont encastrées dans^janta 4.- Turbine à gaz ou turboréacteur selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la soufflante est animée, en service, d'une vitesse 35 périphérique suffisamment faible pour ne produire qu'un niveau de bruit extrêmement réduit, et que l'aubage extérieur comprend un nombre d'aubes, suffisant pour produire un taux de compression substantiel,