Brevet FR2223547A1 — publié le 19741025

L t invention concerne les ailettes d'une turbomachine à écoulement axial du fluide de travail et à réduction du mouvement serpentant, dû à la variation de la composante périphéri- r4ue de la vitesse, du trajet suivi dans un plan méridien, en projection cylindrique, d'une particule le- long des ailettes. En passant sur les ailettes d'une turbomachine à écoulement axial, le-fluide de travail effectue dans un plan méridien un mouvement serpentant dû à la variation périodique de la composante périphériquede la vitesse de l'écoulement et donc de la variation des forces centrifuges. Ce mouvement serpentant augmente les pertes d'énergie et met obstacle à la conception correcte du profil des ailettes en raison de son influence sur l'angle d'attaque. La cause du mouvement serpentant d'une particule est étudiée ci-dessous pour faciliter la compréhension de l'invention. Cette étude porte sur un étage caractéristique d'une turbomachine à plusieurs étages, à écoulement axial et à degré de réaction constant à 50 % le-long du rayon (cfest-à-dire que les ailettes fixes et mobiles transforment chacune la moitié du gradient d'énergie d'un étage). La composante périphérique de la vitesse de ltécoulement a une valeur déterminée dans une direction, admise initialement de manière arbitraire comme négative, devant la roue directrice de l'étage. La composante périphérique s'élève dans la grille d'ailettes directrices de cette valeur négative à une nouvelle valeur positive déterminée. La composante périphérique absolue de la vitesse se transforme, conformément à la loi d'Euler sur les turbines, au passage par la grille d'ailettes mobile.En quittant cette dernière, cette composante retrouve la même valeur négative que devant la roue directrice de manière à permettre la jonction avec l'étage suivant. Cette variation de la composante périphérique provoque une variation correspondante de l'accélération radiale qui est proportionnelle à cette composante de vitesse lorsque le degré de réaction est constant. L'accélération radiale provoque de son côté une composante radiale de vitesse et en conséquence un déplacement radial des filets de fluide dans le plan inûdien. te phénomène du mouvement serpen tant réside en ce déplacement. La figure la du dessin annexé représente schématiquement la courbe 1 de l'accélération radiale d'une particule dans un étage, cette accélération étant due aux force3 radiales produites par la composante périphérique de la vitesse de l'écou- lement. La figure lb représente la courbe 2 de la vitesse et la figure lc, la courbe du déplacement radial, la moitié gauche de chaque diagramme correspondant à la courbe dans la grille d'ailettes directrices et la moitié droite, dans la grille d'ailettes mobiles d'un étage. Les abscisses correspondent au temps de passage d'une particule du fluide de travail dans l'étage.Ce temps est proportionnel à la distance axiale, à l'influence près du rétrécissement dû à ltépaisseur des ailettes, de sorte que la courbe 3 représente également un filet de fluide dans un plan méridien en projection cylindrique. Les courbes 2 et 3 correspondent aux intégrales simple et double de la courbe 1 avec les constantes convenables d'intégration. Les remarques ci-dessus doivent être affectées d'une correction lorsqu'il faut tenir compte de l'épaisseur finie des ailettes. Un procédé connu de réduction du mouvement serpentant des particules du fluide de travail (brevet suisse NO 516 747) consiste à donner des inclinaisons différentes aux bords d'attaque et aux bords de fuite des ailettes d'une turbomachine sur les rayons correspondants, selon qugil s'agit des ailettes direc triceps stationnaires ou des ailettes mobiles rotatives. Le concept sur lequel ce principe est basé consiste à compenser la force d'accélération radiale s'exerçant sur une particule par la forme des ailettes.Bien que le procédé permette une très bonne compensation par le choix convenable du rapport des deux causes des déplacements radiaux, il n'est fréquemment pas possible de I'app3.iqüer pleinement, car la forme aérodynamique et la résistance qu'une ailette doit avoir en limitent la forme possible qui peut lui etra donnée. L'invention concerne donc des ailettes de turbomachine destinées à compenser le mouveraent serpentant des particules du fluide de travail de manière quelles soient également appli cables dans le cas où les possibilités d'application des moyens connus sont restreintes. Selon une particularité essentielle de l'invention, au moins ure roue directrice et/ou une roue mobile est en deux parties qui se succèdent dans le sens axial et dont les ailettes, vues dans la direction de l'axe, sont inclinées en sens opposés sur les rayons correspondants. Lorsque par exemple une roue directrice est divisée conformément à l'invention, la première partie de la roue provoque une force complémentaire centrifuge et la seconde partie de cette roue provoque une force complèmantaira centripète, ces forces produisant des accélérations radiales qui compensent à peu près complètement le mouvement serpentant des particules du fluide. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre-d'exemple nullement limitatif et sur lequel : les figures la à 1c sont les diagrammes explicatifs mentionnés en préambule ; la figure 2 est une coupe développée cylindrique par telle d'une roue directrice selon l'invention et de la roue mobile suivante selon la ligne II-II de la figure 3 ; la figure 3 est une vue frontale d'un segment de roue directrice en deux parties ; et les figures 4a à 4c en représentent les diagrammes d'écoulement. La roue directrice représentée sur la figure 2 est en deux parties qui se succèdent dans le sens de l'axe, csest-à- dire une partie 4 à ailettes 5 et une partie 6 à ailettes 7O La roue mobile 9 à ailettes tO est disposée derrière la partie 6 de la roue directrice par rapport au sens général de ltécoule- ment de la vapeur indiqué par la flèche 8. La figure 3 est une vue en bout d'ailettes de chacune des deux parties de la roue directrice. l'ailette 5 de la partie 4 de cette roue esttnclinée sur son rayon d'un angle positif +y et l'aiglette 7 de la partie 6 de cette roue est inclinée sur un rayon d'un angle négatif -y . Les ailettes 10 de la roue mobile 9 (figure 2) sont réalisées de manière connue de façon que leurs bords d'attaqua et d fuite coïncident avec des rayons dans la représentation de la figure 3. Les ailettes ainsi réalisées produisent une force auxiliaire centrifuge dans la première partie 4 de la roue directrice et une force auxiliaire centripète dans la seconde partie 6 de cette roue. Ces forces auxiliaires provoquent des accélérations radiales telles que celles représentées à la moitié gauche de la courbe 11 de la figure 4a. Les bords des ailettes de la roue mobile étant radiaux, aucune accélération radiale n'apparaît dans cette dernière, comme il ressort a la moitié droite de la courbe 11. Cette allure de l'accélération radiale est la cause d'une vitesse et d'un déplacement radiaux dont les figures 4b et 4c représentent les courbes 12 et 13. Une comparaison de la courbe 17 avec la courbe 3 de-la figure lc montra que la disposition selon l'invention compense à peu près totalement le mouvement serpentant d'unqiarticule dû au déplacement provoqué par la variation de la composante périphérique de la vitesse de ltécoulement. Le pas des ailettes de la première partie 4 de la roue directrice, ctest-à-dire la distance séparant les ailettes 5, peut être égal au pas des ailettes de la seconde partie 6 de cette roue, ctest-à-dire à la distance séparant les ailettes 7, mais ces deux pas peuvent aussi être lifférents. D'autres possibilités de striation sont ainsi offrtes à la conduite de 1' écoulement. En admettant en contre-partie les complications inévitables de construction, il est bien entendu possible aussi d-e réaliser la roue directrice en une partie avec des ailettes dont les bords sont radiaux et la roue mobile en deux parties Une force auxiliaire centripète est alors créée dans la première partie de la roue mobile et une force auxiliaire centrifuge dans la seconde partie de cette roue, la moitié droite de la courbe 1 de la figure la étant ainsi compensée 9 Il est par ailleurs possible aussi de réaliser aussi bien la roue direc trice que la roue mobile. en deux parties. Il faut aussi mentionner que la division d'une roue en deux parties peut être combinée avec des ailettes ayant les formes décrites dans le brevet suisse NO 516 747. Il va de soi que les ailettes de turbomachine décrites et représentées peuvent subir d'autres modifications sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Ailettes de turbomachine à écoulement axial du fluide de travail et à réduction du mouvement serpentant qu'une particule effectue sur son trajet dans un plan méridien, en projection cylindrique, en passant par les ailettes et qui est provoqué par la variation de la composante périphérique de la vitesse de l'écoulement, caracté::iséas en ce qu'au moins une roue directrice et, le cas échéant ou en variante, une roue mobile est en deux parties qui se succèdent dans le sens axial et dont les ailettes vues dans le sens axial sont inclinées en sens opposés sur leurs rayons. 2. Ailettes selon la revendication 1, caractérisées en ce que leurs pas sont différents dans la première et dans la seconde partie de la roue divisée