Brevet FR2476207A1 — publié le 19810821

Perfectionnement aux aubes de turbines refroidies. La présente invention a pour objet un perfectionnement aux aubes de turbines refroidies. Il est connu de procéder au refroidissement des aubes en prévoyant une structure comportant des canaux de circula- tion d'air dans lesquels l'admission de l'air s'effectue par la base et l'évacuation par le sommet de l'aube et par les bords d'attaque et de fuite. Toutefois, lors de l'utilisation de ces aubes dans des turbines fonctionnant dans des conditions extrêmement sé- vères o les gaz présentent des températures très élevées, il est trs important d'utiliser une aube présentant une grande perméabilité, d'o de faibles pertes de charges et permettant cependant un refroidissement efficace. L'aube perfectionnée suivant l'invention, qui permet de répondre à ces critères, comporte deux cavités alimentées par un débit de fluide de refroidissement dont une cavité amont et une cavité aval divisée en deux zones d'écoulement radial et "tangentiel" vers le bord de fuite (c'est-àdire, sensiblement parallèle au bord de fuite du profil). Conformément à la présente invention la cavité amont pré- - sente des rganes déflecteurs d'écouinent et la cavité aval comporte, dans la zone centrale pour l'écoulement radial du fluide, des pontets de grande section, alors que dans la zone de bord de fuite à écoulement "tangentiel", ladite cavité aval comporte des pontets de plus faible section complétés par des organes déflecteurs guidant l'écoulement radial, tangentiellement vers les orifices du bord de fuite. Ce-tte aube de turbine suivant l'invention présente un circuit de refroidissement simple et efficace et est remarquable par sa facilité de fabrication et par la ré- partition des organes échangeurs de chaleur. Cette aube est d'une réalisation tris aisée, car elle permet l'uti- lisation d'un noyau à deux cavités. En ce qui concerne la circulation du fluide, cette aube présente une grande permgabilità,ainsi que l'absence de chicanes. Par ailleurs, en modifiant les conditions d'en- trée (section des diaphragmes notamment), les conditions de sortie (orifices au sommet, section et emplacement des zones d'émission) et en jouant sur la taille et l'es- pacement des pontets, on peut contrôler le refroidissement local de chaque portion d'aube, donc éviter les hétéro- généités de température dans le métal m6me de l'aube. Les bonnes conditions de refroidissement général et cette absence de points chauds font que cette aube peut être adaptée à des conditions de température des gaz chauds qui peuvent être beaucoup plus sévères que celles des aubes de l'art antérieur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation et en se référant aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue en-coupe longitudinale d'une aube de turbine perfectionnée suivant l'in- vention; - la figure 2 est une vue en coupe transversale d'une aube suivant la ligne II-II de la figure 1, les pontets étant, s'il y a lieu, ramenés dans le plan de la coupe; - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale de la partie supérieure de l'aibe munie d'une plaquette à orifices; - la figure 4 est une vue en coupe transversale à plus grande échelle de la partie supérieure de l7aube et de la plaquette à orifices; et - la figure 5 est une vue en plan de la partie su- périeure de l'aube munie d'une plaquette à ori- fices. Aux figures 1 et 2 on a représenté un mode de réalisation d'une aube de turbine suivant l'invention qui est coulée en métal réfracta-ire et- qui--compre-nd--une -cavité -amont 1- à- écoulement radial et une cavité aval 2 séparée en deux zones dont une à écoulement radial et une à écoulement tan- gentiel vers le bord de fuite 3. La cavité amont 1 est dé- limitée par un bord d'attaque 4 et par une cloison 5 et elle est traversée par un flux d'air qui se déplace suivant les flèches F, en pénétrant par une ouverture 6 ménagée dans le pied 7 de l'aube qui présente une plate-forme 23, ledit flux étant évacué en partie par des trous 8 percés dans le bord d'attaque et en partie par un orifice 9 ménagé dans le chapeau de l'aube. Le chapeau 10 de l'aube est rapporté ou venu de fonderie avec l'aube. Les trous 8 du bord d'attaque sont percés soit sur la partie extrados en 6a, soit sur la partie intrados en 8b, et soit à l'extrémité du bord d'attaque en Bc si la pression d'air de refroidissement disponible est suffi- sante. La face interne du bord d'attaque 4 sur les 2/3 supérieurs de sa hauteur est munie d'ailettes favorisant les échanges calorifiques 11 constitués de petites nervures parallèles, s'étendant dans un plan axial. Ces nervures 11 peuvent présenter la m9me hauteur ou des hauteurs différentes. Il peut être avantageux d'autre part de faire varier leur espacement le long de la cavité. La cavité aval 2, délimitée par la cloison interne 5 et par le bord de fuite 3, est divisée en deux zones dont une zone centrale comportant des pontets 12 de giande sec- tion et une zone de bord de fuite comportant des pontets 13 de faible section disposés en quinconce et desorganes déflecteurs 14, ceux-ci détournent une partie de l'écou- lement radial de la cavité 2 vers les orifices 15 du bord de fuite 3. Cette partie de l'écoulement est ainsi déflé- chie pour passer de la direction sensiblement radiale à la direction selon les flèches--F2 - - De cette façon le flux d'air qui pénètre dans la cavité 2 par l'orifice 16 situé au pied de l'aube, suivant la flèche Fl, se divise en un flux radial se déplaçant dans en la zone centrale comportant les pontets 12 et/un flux tan- gentiel se déplaçant dans la zone du bord de fuite compor- tant les pontets 13 de plus faible section. Le flux d'air radial est évacué par l'orifice 17 prévu dans le chapeau de l'aube, alors que le flux d'air tangentiel est évacué par les orifices 15 du bord de fuite qui débouchent soit sur l'intrados du bord de fuite, soit sur l'arête de ce dernier ainsi que l'indique la figure 2. La taille et l'espacement des pontets 12 de la première zone limitent les pertes de charge et évitent l'entrée de gaz chauds par l'ouverture 17 du chapeau. Aux figures 3, 4 et 5, on a représenté le chapeau de l'aube qui comporte des rebords 18 délimitant avec la face supérieure du chapeau une rainure 19 dans laquelle est en- gagée par coulissement une plaquette 20 munie d'orifices calibrés 21, 22. La plaquette 20, après positionnement dans la rainure 19, peut être fixée par exemple par brasure (représentée en traits gras sur la figure 4). - Ainsion peut optimiser à volonté le diamètre des ori- fices 21, 22. L'optimisation du diamètre des orifices 21 et 22, qui sont des trous de dépoussiérage, s'effectuera par approches successives au cours des essais, en chan- geant la plaquette 20. A titre d'exemple, dans une aube refroidie o les trous de refroidissement percés dans le bord d'attaque et le bord de fuite auraient un diamètre de 0,5 mm, on a trouvé qu'un diamètre de 1 mm convenait pour les orifices 21 et 22. On peut mCme obturer totalement les orifices 21 et 22 des cavités amont 1 ou aval 2, ou les deux, ce qui permet d'accroître les pressions dans les cavités et d'augmenter le débit près du bord d'attaque ou vers le bord de fuite. Bien entendu la description D'est pas limitative et l'homme de l'art pourra y apporter des modifications sans sortir pour cela du domaine de l'invention. REVENDICATIONS 1. Perfectionnement aux aubes de turbines refroidies, com- portant deux cavités alimentées par un débit de fluide de refroidissement dont une cavité amont à écoulement radial et une cavité aval divisée en deux zones d'écoulement radial et tangentiel vers le bord de fuite, caractérisé en ce que la cavité amont présente des ailettes favorisant les échanges thermiques et la cavité aval comporte,dans la zone centrale pour l'écoulement radial du fluide, des pontets de grande section1alors que dans la zone de bord de fuite à écoulement tangentiel vers le bord de fuiteladite cavité aval comporte des pontets de plus faible-section complétés par des organes déflecteurs guidant l'écoulement radial, tangentiellement vers les orifices du bord de fuite. 2. Perfectionnement aux aubes de turbines suivant la reven- dication 1, caractérisé en ce que la cavité amont délimi- tée par le bord d'attaque et par une cloisoninterne est tra- versée par un flux d'air pénétrant par une ouverture ména- gée dans lepied de l'aube et étant évacué, en partie par des trous percés dans le bord d'attaque et en partie par un orifice ménagé dans le chapeau de l'aube. 3. Perfectionnement aux aubes de turbines suivant la reven- dication 2, caractérisé en ce que les trous du bord d'atta- que de l'aube sont percés sélectivement sur la partie extrados, sur la partie intrados et sur la partie d'ex-tré- mité. 4. Perfectionnement aux aubes de turbines suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que sur au moins une partie de la hauteur de la face interne du bord d'at- taque sont disposés des ailettes favorisant les échanges thermiques constitués de petites nervures parallèles, s'étendant dans un plan axial. 5. Perfectionnement aux aubes de turbines suivant la re- vendication 4, caractérisé en ce que les nervures présentent la même hau-teur. 6. Perfectionnement aux aubes de turbines suivant la re- vendication 4, caractérisé en ce que les nervures présentent des hauteurs différentes. 7. Perfectionnement aux aubes de turbines suivant la re- vendication 1, caractérisé en ce-que la-cavité aval, déli- mitée par une cloison interne la séparant de la cavité amont et par le bord de fuite, est traversée par un flux d'air pénétrant par une ouverture ménagée dans le pied de l'aube et étant évacué en partie par un orifice ménagé dans le chapeau de l'aube et en partie par des orifices prévus dans le bord de fuite. 8. Perfectionnement aux-aubes de turbines suivant la re- vendication 6, caractérisé en ce que les orifices du bord de fuite débouchent soit sur l'intrados, soit sur l'arête du bord de fuite. - 9. Perfectionnement aux aubes de turbines suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 et 7, caractérisé en ce que sur le chapeau de l'aube est montée une plaquette comportant des orifices calibrés qui sont disposés en re- gard de l'orifice de sortie des cavités aval etamont de l'aube. 10. Perfectionnement aux aubes de turbines suivant la re- vendication 9, caractérisé en ce que le talon de l'aube est muni de pontets délimitant avec la face supérieure de l'aube une rainure dans laquelle est engagée et fixée après positionnement la plaquette perforée. 11. Perfectionnement aux aubes de turbines suivant la re- vendication 9, caractérisé en ce que la plaquette montée sur le chapeau de l'aube obture totalement les orifices de sortie des cavités amont ou aval..