Brevet FR2485620A1 — publié le 19811231

3M.spositf pour rduir, les peres secondaires dans un con- duit d'écoulement de turbomachine muni d0aulbaqes. L'invention a pour objet un dispositif pour réduire les pertes secondaires dans un conduit d'écoulement de turbomachine muni d'aubages, ce dispositif étant prévu dans le domaine d'au moins l'une des deux parois du conduit respectivement entre deux aubages voisins en direction péri' phérique et étant d'un type tel que la paroi du conduit pré- sente un gradin de co.che limite5 le front du,gradin de cou- ohe limite étant dirigé vrers le cô6té de refoulement des au- Dages. Les pees secondaires au les pertes de bor- aure dans les grilles dlaubages proviennent5 entre autrese de ce que la couche liaite ee paroi (couche de frottement - oisine de la paroi) pne étrant dans la grille d' aubages et - s développant sur les parois de limitation et les parois d conduite est entrauées dans chaque conduit individuel par les pertes de charge transversales du côté de refoule- ment d'un aubage au cah d'aspiration de l'autre aubage, cette couche arrivant a..u voisinage des parois de limitation ou des parois du conduit de ce côté d'aspiration. Cet écour ieren. transversal5 (93oulement secondaire) incliné par rap= port ilécoulement central de la touche limite des parois du conduit augmaente l'importance de la couche limite du cÈté d'aspiration (couche limite coté aspiration)> il se produit alors des tourbillons de bordure ou tourbillons se- condaires qui, notamment dans le cas des aubages de turbines axiales à faible rapport latéral (rapport de la longueur radiale ala longueur de la corde de l'aubage), agissent fortement sur la qualité de conversion de leéner4ieo Un dispositif du type indiqué dans le pr6ax- - bule est connu d'après le document JP-A2, publication 67 40Ao Le gradin de couche limite s'avançant vers la paroi opposée du conduit s'oppose par son front à l'écou- lement:ransversal inclinéo Cet-obstacle provoque une rete- -n ue en forme de coin de cet écoulement ou de la couche limite ............._..DTD: 2485620' et conduit, en cas de passage au-dessus de l'arête ou du front du gradin de couche limite, à la formation avantageuse d'une nouvelle couche limite sur le dessus de ce gradin. Le trans- port d'évacuation du fluide retenu sur le front est assuré par une perte de charge développée en aval et/ou par un mélange de ce fluide avec le fluide de l'écoulement central. Il n'est pas posé de conditions supplémentaires pour un refroidissement éventuel des parois du conduit et on obtient, à proximité des parois du conduit, un écoulement latéral aux aubages côte aspiration qui est, dans une large mesure, sans perturbatîn- L'intensi.t6 du tourbillon secondaire déplecé du coté d' aspiration des aubages dans le.conduit innividuel est plus faible parce que les composantes de vitesse reui tant de la perte de hargs transversale n'intéressent as _-- 1 totalité de cette perte de charge transversale. Les pertes mixtes sur le gradin et le front mentionnés sont également affaiblies parce que le nombre de Mach pour lequel se proch t le mélange est partout -nférieur à celui qui correspond au coté d'aspiration des aubages, La rsente invention a pour but d'assurer une réalisation -du gradin de couche limite relativement peu compliquée et qui soit économique L'invention concernea cet effet un disposi- =f du type ci-de-sus, carac6rise en ce qu'avec deux plates- foznes d'aubages vernant en appui 'une sur l'autre suivant un plan et formant la par i du conduit, le gradin de couche limite est formé par 'urna des plates-formes d'aubages, le front mentionne provenant de la surface d'appui montante de cette plate-forme. Les fronts montant 3 partir de cette surface d'appui, sont, pour toutes les plates-formes d'aubages de la couronne d'aubages ou du distributeur, dirigées vers les c8tés de refoulement des aubages. Lors de la fabrication des grilles d'aubages, on détermine les tolérances de fabrica- tion pour que lors du montage d'une telle grille, le front s'établisse à chaque fois sur les surfaces d'appui des plates-formes d'aubages. Le gradin présente la simplicité -- maximale lorsque la surface d'appui mentionnée, et par suite, le front sont rectilignes en direction longitudinale. Le gradin est toujours constitué par le front mentionné, en gé- néral vertical, par exemple pour les étages axiaux et par un dessus allant jusqu'au côté d'aspiration des aubages. Le front peut aussi être concave ou évidé d'une autre manière vers l'intérieur. Des dispositions indiquées dans la suite permettent d'obtenir des modes de réalisation avantageux et des développements de l'invention. - Suivant divers modes de réalisation particu- liers concernant des contours, positions et longueurs des- dits fronts ou gradins de couche l-imite créant avantageuse- ment une réduction des pertes secondaires, il peut être prévu; a) que ledit front soit sensiblement verti- cal en direction longitudinale ou s'étende, vers l'aval de l'écoulement central, obliquement-par rapport a l'écoulement transversal incliné de la couche limite du conduit; b) que ledit tracé oblique du front coïncide, au moins grossièrement, avec le tracé du conduit individuel, d'une ligne de courant de l'écoulement central dans ce con- duit ou d'une parallèle au côté d'aspiration de l'aubage; c) que le front du gradin de couche limite - soit sensiblement plus rapporché du côté aspiration de l'aubage que du dôté de refoulement; d) que le gradin de couche limite disposé. dans le conduit individuel commence sensiblement à l'entrée de ce conduit et se termine sensiblement à sa sortie; e) que le gradin de couche limite disposé dans le conduit individuel commence derrière l'entrée de ce conduit et se términe avant sa sortie; f) que le dessus-du gradin de couche limite présente une courbure convexe en direction longitudinale, la hauteur de ce gradin étant nulle à l'origine et à l'ex- trémité. Le gradin amène les pertes minimales lorsque son front s'étend suivant une ligne de courant de l'écoulement central (réalisation b). En effet, au cas ou le front est plus haut que l'épaisseur de la couche limite, l'écoulement central ne vient pas sur le front, de telle sorte qu'il ne se produit - aucune perturbation notable. Il est avantageux de prévoir la disposition e, car la partie médiane de l'écoulement transversal incliné est celle qui provoque principalement les pertes secondaires. C'est pourquoi il est aussi avantageux de prévoir la disposi- tion f, ou les dispositions e et f. D'une façon tout à fait générale, le gradin peut, y compris son front, c'est-à-dire par conséquent le dessus du gradin, présenter-une hauteur variable en direction longitudinale. La hauteur, si elle est constante en direction longitudinale, ou la hauteur maximale du gradin peut présenter une valeur dont l'ordre de grandeur est égal à l'épaisseur de la couche limite de l'écoulement transversal incliné, sans compter le gradin. Elle est, de préference comprise sensible- ment entre cette épaisseur et une valeur sensiblement double. L'invention peut être mise en application à des couronnes d'aubages directeurs et/ou.à des couronnes d'aubages de rotors ainsi qu'aux parois des-conduits de ces a'bages. Dans le cas des turbomachines axiales, les deux pa- rois du conduit sont constituées par une paroi intérieure radiale et par une paroi extérieure radiale. Dans le cas des compresseurs radiaux, par exemple, les deux parois du conduit sont disposées l'une au-dessus de l'autre dans la direction de l'axe du compresseur. - L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et des dessins annexes représentant deux exemples de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels - - la Fig. 1 est une vue de dessus schéma- tique et simplifiée d'un premier exemple de réalisation *.5 uûontianr un conduit 'culement individuel muni dVaubages appartenant à une turbine axiale, dans la direction radiale I de la turbine indiquée sur la Fig. 2; la Pig. 2 est une coupe un peu agrandie effectuée suivant la ligne II-II de la Fig. 1; la ig0 3 est une vue en perspective d'un étage préliminaire de iPautre exemple de réalisation avec la paroi du conduit et les aubages développés dans un plan; - la 'ig0 4 est une vue latérale corresporn-= dante dans la direction de la flèche IV de la Fig 3; la 2ig. 5 est une vue en perspective. de /gautre exemple de réalisation avec la paroi du conduit et les aubages développes dans un plan; la Y"igo 6. est une vue latérale correspoiú dante dans la directfn de la flèche IV de la Fig0 5. Confor'màment à la Fia. o et & la Fig. 2, mi aubage 10 et une platefor-me d aubage 12 constituent une unité, un aubage 11 et une plate-forme d'aubage 13 consti- tuant une autre unité. Conformément à la Fig. 1 et à la Fig0 2, ces plates-formes sont en forme.de parallélogramme en plano Elles sont identiques et constituent chacune une paroi d'un conduit individuel sétendant entre l'entrée 19 et la sortie 37 des plates=zor ies Ces plazes-formes sont incur- vées et viennent en appui l'une sur 1l.autre par leurs faces radtale' rectilignes 16 et 17 inclinées sur la direction périphérique (flèche 15)o Le gradin de couche limite est constitué par. un front 14 dirigé vers un côté de refoulement concave de l'aubage 10 et. par un dessus 29. Le côté d2aspiration convexe de l'aubage 1l est désigné par 21. Sur la Fig. 1, les lignes de courant 18 munies de flèches constituent l'écoulement transversal incliné, notamment lorsquron sup, prime ce gradin 14, 29 par la pensée. La couche limite en- trante se détache aux emplacements 22, 23 comme une "vague de proue" devant les bords avant arrondis 24 et 25 des au- bages. La ligne de courant 18" provenant de l'emplacement 22 atteint le côté d'aspiration 21 à l'emplacement 26. La par- tie de l'écoulement transversal oblique qui produit le plus de pertes secondaires et la partie qui arrive sur le côté d'aspiration-21 et qui se trouve en aval de l'écoulement central par rapport à cette ligne de courant 18'. En outre, on a encore indiqué en trait interrompu sur la Fig. 1 des lignes équipotentielles 27 (lignes d'égale pression). Ces lignes caractérisent la parte de charge vers l'Va.al dans le conduit individuel. Le front 14 est rectiligne dans s. sens e sa longueur {voir Fig 1). ConformSment à la Figu 2, le gr-- din 14, 29 est formé par la plate-forme 13, le le nt!4 étant constitu par en prulongemnt radial de la -....l.. Ce front 14 e 5e radial La paroi du conduit est "S L a tuée par un Vlemeant de paroi 28 et par le gradin 14 9e-. LZ front 14 est disposs sensiblement plus près du coté d&as?%; ration 21. Suivant la coupe ii-II de la turbine le frl c 'i4 est éloigné du cetë d'aspiration 21 d'un peu moins daun tiers de la largeur du conduit individuel en cet emplacemento Sur la Fig. 2e on voit la couche limite 30 s'écoulant transversalement avec as inclinaison sur l i-é ment de paroi 28 ainsi que La nouvelle couche limite 31 s'établissant sur le dessus 29 L'écoulement de la couche limite 30 est indiqus par la flèeche 32 et par la flèche de tourbillon 33. Sur le front 14, la couche limite 30 est re- tenue ou accumulie en forme de coin, c'est-à-dire que l'épaisseur de la couche limite 30 crolt jusqu'au front 14 pour atteindre la hauteur de ce front (voir la ligne fron- tière 34 de la couche limite). Le fluide de la couche limite freiné par le front 34 est transporté vers l'aval de l'écou- lement central à partir du domaine 35 se trouvant devant le front 14. La ligne frontière de la couche limite 31 est désignée par 36. L'élément de paroi 28 et le dessus 29 sont des éléments de surfaces de révolution autour de l'axe lon- gitudinal, non représenté, de la turbine (voir Fig. 2). -248S620 En outre, conformément à la Fig. 1, les plates-formes 12 et 13 s'étendent au-delà de l'entrée 19 et de la sortie 37. La -même chose est valable pour le gradin 14, 29. Suivant une- autre forme de réalisation (voir Fig. 1), le gradin 14, 29 commande sensiblement à l'entrée 19 et-se termine sensible- ment à la sortie 37 (voir les points 40 et 41). Les plates- formes ne s'étendent alors, par exemple, que sensiblement de l'entrée 19 jusqu'à la sortie 37, conformément aux lignes en trait mixte 38 et 39. Conformément à la Fig. 3 et à la Fig. 4, le gradin constitué par un front 42 et par un dessus 43 com- mence derrière l'entrée 19 et se termine avant la sortie 37. Le dessus 43 présente une courbure convexe en direction lon- gitudinale en'présentant une hauteur nulle à l'origine et à l'extrémité. La hauteur maximale du dessus 43 a lieu dans la partie médiane de'ce dessus 43 (voir Fig. 4). Le front 42 s'étend en direction longitudinale parallèlement au côté d'aspiration 21. La plate-forme d'aubage 44 commence a l'entrée 19 et se termine à la sortie 37. Cette plate-forme 44 et le gradin 42, 43 constituent une pièce moulée unique, comprenant le plus souvent l'aubage 10. Le type de construction suivant la Fig. 5 et la Fig. 6 est similaire, à la seule différence que le gradin 42, 43 est, avec les deux plates-formes 44 et 45 formant la 2S paroi du conduit et venant en appui l'une sur l'autre entre les deux aubages 10 et 11 et donc dans le conduit individuel, formé par la plate-forme d'aube 45. Le front 42 s'élève à partir de la surface de jonction de la plate-forme a aube 45. !, = 248562C REVENDICATIONS 1 ) - Dispositif pour réduire les pertes secondaires dans un conduit d'écoulement de turbomachine muni d'aubages (10, 11), ce dispositif étant prévu dans le domaine d'au moins l'une (12, 13) des deux parois du con- duit entre toute paire d'aubages voisins en direction péri- phérique et étant d'un type tel que la paroi du conduit présente un gradin de couche limite (14-29, 42-43), le front (f4, 42) de ce gradin étant dirigé vers le côté de refoulement (20) des aubages, caractérisé en ce que, dans le cas o il est prévu, deux plates-formes d'aubages (12, 13) Venant en appui l'une sur l'autre suivant un plan et formant la paroi du conduit, le gradin de couche limite (14- 29) est formé par l'une (13) de ces plates-formes d'aubages, le frQnt mentionné (14)-provenant de la surface d'appui (17) de cette plate-forme (13). 2 ) - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit front (14) est sensiblement ver- tical en direction longitudinale ou s'étend, vers l'aval de l'écoulement central, obliquement par rapport à l'écoulement transversal incliné (18, 18') de la couche limite du conduit. 3 ) - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit tracé oblique du front (42) coincide, au moins grossièrement, avec le tracé du conduit: individuel, d'une ligne de courant de l'écoulement central dans ce conduit ou d'une parallèle au côté d'aspiration (21) de l'aubage. - 4 ) - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le front. (14) du gradin de couche limite (14-29, 42-43) est sensiblement plus rapproché du côté d'aspiration (21) de l'aubage que du côté de refoulement (20). ) - Dispositif selon l'une. quelconque des revendications I à 4, caractérisé en ce que le gradin de couche limite (14-29) disposé dans le conduit individuel- commence sensiblement A l'entrée (19) de ce conduit et se- termine sensiblement à sa sortie (37) 6 }, - Dispositif selon!gune quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le gradin de couche limite (42-43) disposé dans le conduit individuel commence derrière l'entree (19) de ce conduit et se termine avant sa sortie (37). ).- Dispositif selon leune quelcànqud des -evendications 1 à 6, caractérisé en ce que le dessus (43) du gradin de couche ligite (42-43) présente une courbure Convexe en direction.longitudinale, la hauteur de ce gradin étant nulle à loriginG et à l2extrémité.