Brevet FR2463854A1 — publié le 19810227

-1 - La présente invention concerne une aube de stator pour mo- teur à turbine à gaz. Dans la présente description, le terme aube se réfère aux aubes et aubages de stator. Un des procédés permettant d'augmenter le rendement d'un moteur à turbine à gaz consiste à augmenter la température qu'at- teignent les gaz dans le système de combustion du moteur. Mais une telle augmentation de température exige que les pièces si- tuées immédiatement en aval du système de combustion puissent résister à des températures plus élevées, d'o la recherche constante de matériaux résistant à de telles températures. Beau- coup de ces matériaux, tels que ceux du domaine céramique, pré- sentent l'inconvénient d'être fragiles ou possèdent d'autres propriétés mécaniques défavorables et l'on doit recourir à des procédés particuliers pour leur construction et leur mise en place. Un mode d'assemblage de tels matériaux consiste à utiliser une pluralité d'éléments empilés de façon à former une aube; ce mode d'assemblage est décrit dans le brevet britannique NI 1 075 910. Mais l'inconvénient de ce procédé est que les 616- ments eux-mêmes auront vraisemblablement un faible coef scient de dilatation tandis que les tirants les maintenant ensemble auront vraisemblablement un coefficient de dilatation élevé et laisseront les éléments se déplacer quand l'ensemble sera porté à une température élevée. La présente invention vise à réaliser une aube surmontant les difficultés ci-dessus. L'aube ou aubage de moteur à turbine à gaz selon l'invention comporte un empilement d'éléments la- mellaires et des organes pouvant les maintenir élastiquement comprimés les uns contre les autres pendant le fonctionnement du moteur. Ces éléments lamellaires peuvent comporter des éléments creux entourant un noyau structural, c'est-à-dire constituant leur charpente. Ces éléments peuvent être maintenus sur ledit noyau structural par des butées d'extrémité fixées rigidement, et les- dits organes de maintien élastique peuvent compléter lesdites butées. Ces organes de maintien élastique peuvent comporter des organes amenant de l'air comprimé depuis un pcint du moteur -2- -2463854 pour le faire agir sur lesdits éléments de façon à les compri- mer contre l'une desdites butées d'extrémité. L'air comprimé pourra, par exemple, agit sur un dispositif à cylindre et pis- ton dont le piston sera joint à une extrémité dudit empilement d'éléments pour comprimer cet empilement contre l'autre butée d'extrémité. L'invention est décrite ci-après en détail en se référant à un exemple préféré, non limitatif, de réalisation représenté aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique de côté, partielle- ment écorchée, d'un moteur à-turbine à gaz équipé d'aubes selon l'invention; - la figure 2 est une coupe à plus grande échelle de l'au- be de guidage de tuyère, conforme à l'invention, du moteur de la figure 1; - la figure 3 est une coupe selon la ligne 3-3 de la fi- gure 2; et - la figure 4 est une coupe à plus grande échelle selon la ligne 4-4 de la figure 3. La figure 1 montre un moteur à turbine à gaz 10 comportant, dans le sens d'écoulement des gaz, un compresseur 11, un appa- reillage de combustion 12, une turbine 13 et un canal d'éjec- tion 14. La partie écorchée de la figure 1 montre schématique- ment une partie d'une tuyère annulaire 15 à l'extrémité aval de l'appareillage de combustion 12 et en amont d'un étage de rotor de turbine 16. Dans la tuyère 15 sont montées plusieurs aubes de guidage de tuyère 20 angulairement espacées, disposées radialement dans la tuyère 15 et servant à guider les gaz de combustion chauds de l'appareillage de combustion 12 jusque dans la turbine 13. La construction, conforme à l'invention, de l'aube de gui- dage de tuyère 20 est représentée aux figures 2, 3 et 4. Chaque aube-de guidage 20 comporte une butée d'extrémité externe 21 faisant partie eu bandage annulaire extérieur d'une couronne d'aube 20 et un noyau 22 d'une seule pièce avec la butée 21 et s'étendant radialement vers l'intérieur par rapport à la tuyè- re annulaire 15. Une butée d'extrémité interne 23 est boulon- née sur l'extrémité radiale interne du noyau 22. Comme dans le cas de la butée externe 21, cette butée interne fait partie d'un bandage annulaire interne complètement fermé sur lui-même. Comme on le voit particulièrement bien sur la figure 3, le noyau 22 a essentiellement une section transversale de for- me aérodynamique, et l'on voit sur la figure 4 que la surface externe de ce noyau comporte des rangées de petites protubéran- ces ou mammelons 24 saillant de cette surface externe. En ou- tre, le noyau est creusé d'un alésage central 25 s'épanouis- sant à son extrémité externe pour constituer une chambre cy- lindrique 26. Des rangées de perforations 27 font communiquer l'alésage 25 avec la surface externe du noyau. La surface aérodynamique de l'aube proprement dite est constituée d'un empilement d'éléments lamellaires 28. Dans le mode de réalisation représenté, les Léments 28 sont faits de nitrure de silicium comprimé à chaud, recouvert d'une couche de nitrure de silicium déposépar vaporisation chimique pour constituer la surface aérodynamique proprement dite. La forme des éléments est telle que leur tracé interne est identique au tracé externe des protubérances 24. La surface externe de cha- que élément a un tracé aérodynamique pour constituer un élément lamellaire dont la forme concordera avec celle de l'aube. Une pluralité de ces éléments 28 est empilée sur le noyau 22 de façon que chaque élément enserre ce dernier, et elle est maintenue en place par contact avec les extrémités des protubé- rances 24. À ce c3té des butées 21, 23 le noyau comporte des saillies 24a, 24b (figure 4) périphériquement ininterrompues de façon à étanchéiser l'intervalle entre les éléments et le noyau contre les produits de combustion entourant l'aube. Les butées d'extrémité 21 et 23 empêchent l'empilement d'éléments de glis- ser axialement et de s'échapper du noyau, mais on voit que la dilatation différente du noyau et des éléments pourrait laisser à ces derniers une liberté de mouvement axial qui leur permet- trait de cliqueter et pourrait les endommager du fait de leur fragilité. 1 Ce risque est éliminé en disposant, dans la chambre cylin- drique 26, un piston en ajustement glissant dans ladite chambre. Une tige de piston 30 traverse l'alésage 25 et s'épanouit à son extrémité interne 31 pour prendre contact avec une plaque 32. Cette dernière est percée de trois trous 33 dans lesquels s'en- gagent les saillies 34 de boutons de nitrure de silicium 35. Chaque bouton 35 est maintenu dans une perforation 36 de la bu- tée d'extrémité interne 23 et traverse cette dernière pour venir porter contre le dernier élément de la pile 28. Le noyau 22 est découpé là o c'est nécessaire pour donner aux boutons 35 une liberté limitée de mouvement axialet les boutons sont espacés de façon que deux d'entre eux portent sur l'élément adjacent au bord d'attaque et- que l'un d'entre eux porte sur les deux flancs de la partie de l'élément formant bord de fuite. Une pompe centrifuge 40 faisant partie intégrante de l'ar- bre 13 de la turbine 16 sert à fournir l'air nécessaire à une pression assez élevée pour assurer le refroidissement et faire porter les boutons sur les éléments. Cette pompe aspire l'air de l'intérieur de l'arbre et le centrifuge à travers ce der- nier jusqu'à un anneau diffuseur 41 formé dans la partie fixe 42 assujettie au bandage annulaire formé par les butées 23 de façon à constituer une chambre d'accumulation annulaire 43 communiquant avec les alésages 25 des noyaux 22. Le dispositif décrit fonctionne de la façon suivante. La longueur du noyau 22 et l'épaisseur des éléments 28 sont cal- culées de façon qu'à froid le jeu axial de l'empilement d'élé- ments 28 entre les butées 21 et 23-est très faible. Quand le moteur démarre, l'arbre 13 tourne et actionne la pompe 40 qui fournit un courant d'air à l'anneau diffuseur 41 dans lequel la pression dynamique de l'air est convertie en une pression statique élevée dans la chambre d'accumulation 43. Cette pres- sion d'air élevée se communique, par l'alésage 25 au cylindre 26 et agit sur le piston 29 pour le pousser vers l'extérieur. Par la tige 30 et la plaque 32 le piston 29 pousse les boutons 35 vers l'extérieur, comprimant ainsi l'empilement d'éléments 28 contre la butée terminale externe 21. Par consé- quent, bien que le noyau 22 et la tige de piston 30 puissent se dilater plus que l'empilement d'éléments 28, le piston 29 sera toujours poussé vers l'extérieur, quand le moteur tourne, jus- qu'à une position o il comprimera les uns contre les autres les éléments de l'empilement et compensera tout jeu qui pour- rait apparaître entre eux. Il en résulte l'apparition d'un in- tervalle entre l'élément 28 le plus inférieur et la butée 23, mais les perforations 27 laisseront l'air fortement comprimé de l'alésage 25 s'échapper à l'extérieur entre les éléments 28 et le noyau et pressuriser le joint formé aux saillies 24a, 24b pour empêcher la pénétration des gaz et maintenir l'intégrité de l'aube. -4- -5- On comprendra également que l'air à haute pression s'échap- pant à l'extérieur entre les éléments et le noyau contribuera à refroidir ces éléments par impact et pourra ensuite produire un refroidissement laminaire. A ce propos, l'une des surfaces en contact,ou les deux surfaces en contact, d'éléments adjacents pourront comporter des cannelures constituant, dans l'aube mon- tée, des canaux par lesquels cet air passera pour produire un refroidissement laminaire de la surface de l'aube. Ces cannelu- res sont visibles en 44 sur les figures 3 et 4. On devra également noter que, bien que l'exemple décrit uti- lise des éléments en nitrure de silicium maintenus ensemble par pression pneumatique appliquée d'une façon particulière, plu- sieurs autres alternatives sont possibles. C'est ainsi que le même principe pourrait être utilisé avec des éléments faits de n'importe quel matériau approprié, résistant aux hautes tempéra- tures et que le dispositif servant à exercer le serrage élastique pourrait être constitué par un simple ressort ou par un appareil- lage à air comprimé agissant directement sur l'élément intérieur, ou par tous autres dispositifs appropriés. REVENDICATIONS - Aube de stator pour moteur à turbine à gaz comprenant un empilement d'éléments lamellaires, caractérisé en ce qu'elle comporte des organes de maintien appropriés à maintenir lesdits éléments élastiquement comprimés les uns contre les autres pendant le fonctionnement du moteur. 2.- Aube de stator selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits organes de maintien comportent des organes appropriés à faire agir de l'air comprimé provenant du moteur sur lesdits éléments pour les comprimer les uns contre les autres. 3.- Aube de stator selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'air comprimé agit sur un dispositif à cylindre et piston dont un des composants est fixe et l'autre mobile, ce dernier étant joint à une extrémité de l'empilement d'éléments pour le comprimer contre une butée terminale située à l'autre extrémité de l'empilement. 4.- Aube de stator selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit cylindre fait partie d'une structure fixe ad- jacente à une extrémité de l'empilement, ledit piston étant joint par une tige à l'extrémité opposée de l'empilement pour produire la compression. 5.- Aube de stator selon la revendication 4, caractérisée en ce que ladite tige agit sur l'empilement d'éléments par l'intermédiaire d'un dispositif répartiteur de charge. 6.- Aube de stator selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits éléments lamellaires comportent des éléments creux enserrant un noyau structural. 7.- Aube de stator selon la revendication 6, caractérisé en ce que les éléments sont maintenus sur le noyau par des butées terminales fixées rigidement, les organes de maintien venant compléter lesdites butées. 8.- Aube de stator selon la revendication 6, caractérisée en ce que le noyau structural est creux et que cette cavité cen- traie s'épanouit à une extrémité pour constituer le cylindre d'un dispositif à cylindre et piston maintenant élastiquement ensemble les éléments sous l'action d'air comprimé amené depuis ladite cavité centrale, 9.- Aube de stator selon la revendication 8, caractérisée -6- en ce que ledit air comprimé peut s'introduire dans l'inter- valle séparant le noyau et les éléments en vue de refroidir ces derniers. 10.- Aube de stator selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'une partie au moins des faces en regard des éléments comporte au moins une cannelure formant, avec la face en re- gard, un canal par lequel l'air comprimé peut s'échapper pour produire un refroidissement laminaire de la surface de l'aube, 11,- Aube de stator selon la revendication 1, caractérisée en ce que les éléments empilés sont faits d'un matériau céra- mique.