Brevet FR2204757A1 — publié le 19740524

Dans les turbines à gaz, les premières aubes directrices et mobiles entrent en contact avec des gaz relativement chauds, de sorte que pour conserver au matériau une résistance suffisante, il est nécessaire de refroidir les aubes ou au moins le pied des aubes. Dans les turbines à gaz à circuit fermé d'hélium, on peut employer pour les aubes de turbines des matériaux qui supportent des températures relativement élevées sans qu'il en résulte les corrosions habituelles dans l'atmos phare, Dans de telles turbines à gaz9 compte tenu également de la bonne transmission de chaleur entre l'hélium Cagprimé et le matériau de la turbine, il suffit de refroidir le pied des aubes tournantes, d'autant plus que c'est à cet endroit que se situent les plus fortes contraintes du ma matériau, Dans les turbines à gaz, le gaz comprimé dans les étages de compression peut servir au refroidissement0 Ce gaz, après passage à travers des canaux de refroidissement dans les aubes directrices et dans le pied des aubes mobiles, peut être introduit à travers des fentes annulaires dans le canal de gaz dans lequel s'écoule le gaz chaud0 Dans de telles installations, il se pose le problème d'alimenter le pied des aubes mobiles avec une quantité suffisante de fluide de refroidissement pour arriver å une résistance encore suffisante du matériauo Le but de la présente invention est de créer un système de refroidissement pour une turbine à gaz, grâce auquel chaque étage d'aubes à refroidir reçoit du gaz de refroidissement en une quantité réglable, indépendante des autres étages, ce gaz de refroidissement étant réparti uniformément sur tous les pieds des aubes de l'étage en question, L'invention concerne ainsi un système de refroidissement pour une turbine à gaz comportant des aubes directrices et des aubes mobiles, dans-laquelle le gaz comprimé, utilisé pour le refroidissement, se trouve dans un espace entourant le support des aubes directrices et dans laquelle sont prévus, dang les aubes directrices, des canaux de gaz de refroidissement reliés, dtune part, à l'espace entourant le support des aubes directrices et, d'autre part, au canal de gaz chaud par des fentes annulaires entre les aubes directrices et les aubes mobiles0 Ce système de refroidissement est caractérisé, selon l'invention, par le fait que le canal de gaz de refroidissement d'une aube directrice èe prolonge à travers le pied de l'aube mobile faisant suite à cette aube directrice dans le sens d'écoulement du canal de gaz chaud, et à travers la fente annulaire-entre cette aube mobile et l'aube directrice qui y fait suite, et que ladite fente annulaire est ouverte vers le canal de gaz chaud, Pour permettre un réglage du débit de gaz de refroidissement du canal de gêz de refroidissement, un étranglement est avantageusement prévu entre l'espace entourant le support des aubes directrices et le canal de gaz de refroidissement. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de l'exemple de réalisa- tion décrit ci-après et représenté sur le dessin annexé dont la figure unique représente une coupe partielle à travers une turbine0 La turbine se compose 4'un rotor 1 avec des aubes mobiles 2 qui possèdent des pieds refroidis0 En outre, on a prévu des aubes directrices 4 qui, d'une part, sont maintenues par un support d'aubes directrices 5 et, d'autre part, aboutissent dans des anneaux fixes 7- qui s'engagent dans des évidements 8 du rotor0 Entre le rotor 1 et les anneaux fixes 7 sont prévus des joints d'étanchéité à labyrinthe 9 o De plus, chaque anneau fixe/possède sur le flanc latéral associé à l'arête de sortie des aubes directrices une lèvre d'étanchéité gui empêche une perte excessive de gaz de refroidissement par échappement dudit gaz depuis la fente annulaire 11 vers le canal de gaz chaud lOo La fente annulaire 12 associée à ljarate de sortie des aubes directrices est ouverte vers le canal de gaz 10 pour ramener le gaz de refroidissement dans le courant de gaz principal, La turbine est délimitée vers l'extérieur par son corps 13. Entre le corps 13 et le support d'aubes directrices 5 il y a un espace 14 dans lequel se trouve du gaz comprimé, par exemple de l'hélium L'espace 14 se trouve en communication avec le coté sortie du compresseur de la turbine à gaz, Comme ce gaz se trouve sous une haute pression semblable à celle du gaz dans le canal 10, à savoir à la pression supérieure du cycle dans la partie amont du support d'aubes directrices, située à l'avant dans le sens d'écoulement du flux de gaz principal , et à la pression inférieure du cycle dans la partie aval, le support des aubes directrices ne doit absorber qu'une faible différence de pression. Par contre, le corps ex- térieur de la turbine doit Entre construit pour supporter la pleine différence de pression vis-à-vis de l'air ambiant. Le gaz comprimé qui se trouve dans l'es- pace 14 sert en m8me temps au refroidissement des aubes directrices 4 et des pieds 3 des aubes mobiles 2. Dans ce bt, on a prévu dans chaque aube directrice 4 un canal de gaz de refroidissement 15 qui communique d'un côté avec l'espace 14 par l'intermédiaire d'un collecteur annulaire 18 et d'un étranglement 16 réglable ou judicieusement dimensionné, et qui débouche de l'autre c8té dans l'anneau fixe 7 0 Ainsi, le gaz comprimé peut passer de l'espace 14 dans la fente annulaire 8 qui est située derrière l'aube directrice 4 dans le sens d'écoulement du gaz dans le canal de gaz 100 De là, le gaz de refroidissement s'écoule par des orifices (perçages, fentes ou autres) pratiqués dans le pied 3 de l'aube mobile 2, dans le sens d'écoulement du gaz dans le canal de gaz 10, à travers les aubes rotoriques et parvient enfin dans une fente annulaire 12 qui se trouve en amont de l'anneau fixe 7 suivant une aube directrice suivante et qui est ouverte sur le canal de gaz 10. De cette manière, un débit de gaz prédéterminé par l'étranglement 16 traverse d'abord une aube directrice 4, puis immédiatement après le pied 3 d'une aube mobile 2 de la rangée d'aubes suivantes. Comme la pression du gaz dans l'espace 14s ainsi que celle dans le canal de gaz 10, est indépendante des autres canalisations de gaz de refroidissement, chaque canal de gaz de refroidissement peut être dimensionné séparément, rien que par le dimensionnement de l'étranglement 16, de façon que s'écoule à travers les pieds des aubes de la rangée suivante d'aubes mobiles juste le débit de gaz de refroidissement nécessaire. Le nombre des orifices dans les pieds 3 des aubes mobiles 2 est indépendant du nombre des orifices dans les aubes directrices 4. Une certaine quantité de gaz de fuite s'écoule à travers les orifices restants entre les fentes annulaires 11 vers le canal de gaz 10, et du gaz de refroidissement passe également par les labyrinthes 9, mais ces fuites peuvent être maintenues à un niveau relativement faible par un dimensionnement adéquat des fentes des labyrinthes. REVEND I CÂT IONS 1* Système de refroidissement pour une turbine à gaz comportant des aubes directrices et des aubes mobiles, dans laquelle le gaz comprimé, utilisé pour le refroidissement, se trouve dans un espace entourant le support des aubes directrices et dans laquelle sont prévus, dans les aubes directrices, des canaux de gaz de refroidissement reliés, d'une part, à l'espace entourant le support des aubes directrices et, d'autre part, au canal de gaz chaud par des fentes annulaires entre les aubes directrices et les aubes mobiles, ce système étant caractérisé par le fait que le canal de gaz de refroidissement 15 d'une aube directrice 4 se prolonge à travers le pied 3 de l'aube mobile 2 faisant suite à cette F-hald auDe directrice dans ie sens d'ecouiement du canai de gaz/b et à travers la fente annulaire 12 entre cette aube mobile 2 et l'aube directrice 4 qui y fait suite et que cette fente annulaire 12 est ouverte vers le canal de gaz chaud 10. 2o Système de refroidissement suivant la revendication 1 caractérisé par le fait qu'entre l'espace 14 entourant le support d'aubes directrices 5 et le canal de gaz de refroidissement 15 se trouve un étranglement 16 pour le réglage du débit de gaz de refroidissement du canal de gaz de refroidissement 15o