Brevet FR2518643A1 — publié le 19830624

No 2 18643 La présente invention concerne une aube creuse de rotor, à profil aérodynamique, pour moteur à turbine à gaz et, plus spécialement, une telle aube pourvue d'une pièce rapportée interne Il est d'usage d'assurer la réfrigération interne d'une partie au moins des aubes de rotor profilées d'un moteur à turbine à gaz Actuellement, cette réfrigération est limitée à la turbine mais, dans l'avenir, il pourra deve- nir indispensable de réfrigérer les aubes de rotor du compresseur Un procédé pratique pour assurer cette ré- frigération est d'utiliser une pièce rapportée interne Une telle pièce consiste généralement en un tube creux pouvant être alimenté en fluide réfrigérant, en général de l'air, et dont une partie au moins de la surface est pourvue d'un grand nombre de petits orifices Cette - pièce pourra être logée dans une aube profilée creuse de rotor de façon que l'air jaillissant par les petits ori- fices vienne frapper la surface interne de l'aube pour réfrigérer cette dernière -20 Les pièces rapportées internes (ou "insertions") de ce genre sont généralement logées à-demeure dans l'aube creuse à laquelle elles sont jointes par soudage ou brasage de façon à ne faire qu'unc seule pièce avec elle Mais-ce genre d'organes aube-insertion présente divers inconvénients pour une aube destinée à tourner a) la masse globale de l'aube et de son insertion produit des forces centrifuges plus élevées que celles qu'engen- drerait une aube semblable mais sans insertion Le pied d'une aube pourvue d'une insertion doit donc être plus solide que celui d'une même aube ne comportant pas d'in- sertion b) si-les moyens de fixation de l'insertion à l'aube vien- nent à défaillir, l'insertion pourra être projetée hors de -l'aube et causer des dégâts considérables au moteur c) les surfaces coopérantes à la jonction de l'aube et de l'insertion doivent -être d'une extrême précision et ceci est, en fait, plus imi ortant que la recherche d'une grande prôximité des surfaces nécessaire à l'écoulement et à l'impact de l'air réfrigérant d) le chauffage de l'aube profilée, ébauchée ou terminée, est nécessaire e) les matières constitutives de l'aube et de l'insertion doivent être identiques ou compatibles pour l'assemblage Conformément à la présente invention, une aubê profilée creuse de rotor, utilisable dans un moteur à turbine à gaz, renferme une pièce rapportée interne (ou "insertion") pou- vant être alimentée en fluide réfrigérant et le diriger sur une partie au moins de la ou des surfaces internes de ladite aube, ladite aube et ladite insertion étant chacune pourvues d'organes respectifs de fixation directe à un disque de rotor, lesdits organes de fixation de l'insertion étant indépendants desdits organes de fixation de l'aube et additionnels à eux De préférence, les organes de fixation de l'aube et les organes de fixation de l'insertion sont du même type De préférence, les organes de fixation de l'aube et -les organes de fixation de l'insertion comportent chacun un pied à branches multiples De préférence, le pied multibranches de llinsertion pourra se placer dans le mëme dispositif récepteur de pieds mul- tibranches que celui dans lequel viendra se place'r le pied multibranches de l'aube L'insertion et l'aube pourront être appropriées à ce que le pied multibranches de l'insertion vienne se superposer à celui de l'aube 2518643 3 Dans un autre mode de réalisation, l'insertion et l'aube pourront être conformées de façon que le pied multibranch de l'insertion puisse s'aligner sur une partie au moins dl pied multibranches de l'aube Ce dernier pourra, par exeu pie, avoir la forme d'une fourche à deux bras entre lesquels viendra s'insérer le pied multibranches de l'il sertion, aligné sur les parties de pied multibranches de l'aube de ces deux bras de fourche L'invention est décrite ci-après en détail en se référant à quelques exemples préférés, non limitatifs, de réalisa- tion représentés sur les dessins annexés dans lesquels: la Figure 1 est une vue de cité, en coupe partielle, d'une partie d'un disque de rotor de turbine d'un mo- teur à turbine à gaz équipé d'une aube de rotor profilée creuse de turbine conforme à la présente invention; la Figure 2 est une coupe selon le plan indiqué par la ligne A-A de la Figure 1, fuine partie du dessin ayant été omise pour plus de clarté;' la Figure 3 est une coupe selon le plan indiqué par la ligne B-B de la Figure 1; et la Figure 4 est une vuu perspective éclatée-et en coupe d'un autre mode de réalisation d'aube profilée creuse-de rotor de turbine conforme à la présente invention Sur la Figure 1 on voit un disque de turbine 10 d'un mo- teur à turbine à gaz (non représenté) dont la cavité in- terne 11 peut être alimentée en air réfrigérant par une pluralité de passages radiaux tels que le passage 12 L'air réfrigérant peut provenir de n'importe quelle source convenable d'air froid comprimé, telle que le compresseur du moteur à turbine a gaz dans lequel est monté le disque de turbine 10 La prériphérie du disque de turbine 10 est pourvued'une pluralité de dispositifs récepteurs de pieds d'aubes de turbines, équiangulaireinent espacés les uns des autres et dont l'un-est visible en 13 À Chaque dispositif 13 peut être alimenté en air réfrigérant depuis la cavité interne 11 du disque par un passage radial 14 Dans chaque dispositif 13 est placé le pied multibranches fourchu 15 d'ime aube profilée creuse de rotor de turbine Dans chaque aube 16 est logée une pièce rapportée interne ou insertion 17 Les Figures 2 et 3 montrent la conformation caractéris- tique d'une insertion L'insertion 17 se compose d'un tube 18 s'étendant sur toute la longueur de l'aube 16 avec la paroi interne 19 de laquelle correspond le profil de sa coupe transversale Ce profil transyersal du tube 18 est légèrement plus petit que celui de la paroi interne 19 de l'aube creuse 16 de façon à définir entre eux un étroit intervalle uniforme 20 Plusieurs protubérances 21 sont réparties sur la paroi interne 19 pour en écarter le. -10 tube 18 et maintenir l'intervalle 20 L'extrémité radia- lement interne de l'insertion 17 est pourvue d'un pied multibranches 22 pouvant se loger dans la partie du dispo- sitif récepteur de pied d'aube'13 définie par la bifur- cation du pied multibranches de l'aube 16 On voit donc 44 que l'insertion 17 n'est maintenue radialeinement que par:le dispositif 13 du disque 10 Par conséquent, lorsque le disque de turbine 10 tourne, les forces centrifuges engendrées par la masse de J'in- sertion 17 sont transférées directement au disque 10 et non à une partie quelconque de l'aube 16 Un passage radial 23 est ménagé à l'extrémité radialement interne de l'insertion 17 pour en faire communiquer l'in- térieur avec le dispositif récepteur de pied 13 Le pas- sage radial 23 de l'insertion est placé de façon à être approximativement aligné sur le passage radial 14 du dis- que de turbine 10 afin qu'une partie de l'air réfrigérant sortant du passage 14 du disque franchisse le passage 23 de l'insertion 17 et pénètre à l'intérieur de celle-ci La profondeur radiale du pied multibranches 22 de l'in- sertion est moindre que celle du pied multibranches four- chu 15 de l'aube de sorte que les deux pieds 15 et 22 définissent entre eux et le disque 10 un coumpartiment partiellement clos Le compartiment ainsi défini assure le libre passa_;e de l'air réfrigérant depuis le passage 14 du disque jusque dans l'insertion 17 Une pluralité d'o- rifices 24 est ménagée dans la partie de l'insertion 17 voisine de la zone ue bord d'attaque 25 de l'aube 16 ) de façon que l'air sortant de ces orifices vienne frapper cette zone 25 et la refroidisse L'extrémité radialemnent extérieure de l'insertion 17 est obturée en 26 pour assu- rer qu'essentiellement la totalité de l'air réfrigérant pénétrant dans l'insertion 17 en sortira par les orifices 24 Une fois que l'air réfrigérant sorti des orifices 24 a frappé la zone de bord d'attaque 25,il s'écoule le long de l'intervalle 20 entre l'insertion 17 et la paroi interne 19 de l'aube 16 jusqu'au bord de fuite 27 de cette aube A O dans lequel une fente 28 permet à l'air réfrigérant de s'échapper dans les gaz ayant traversé la turbine du mo- teur à turbine à gaz (non représenté) Plusieurs entre- toises 29 sont disposées dans la partie de l'aube 16 com- prise entre le bord de fuite 27 et l'insertion 17 pour A réunir et soutenir les deux faces 30 et 31 de l'aube 16 La Figure 4 montre un autre mode de réalisation de l'in- vention Tous les organes de ce second mode de réalisa- tion communs avec le premier mode décrit portent les mêmes chiffres additionnés de la lettre a 9 o Sur la Figure 4, une aube profilée creuse de rotor de tur- bine 16 a comporte un pied multibranches 15 a destiné à sa fixation à un disque de turbine (non représenté) semblable au disque 10 de la Figure 1 Une pièce rapportée interne, ou insertion, 17 a peut se loger dans l'aube 16 a de la même manière que celle décrite à propos du précédent mode de réalisation, c'est a dire en ménageant un étroit intervalle uniforme entre l'insertion 17 a et la paroi interne lga de l'aube 16 a Plusieurs protubérances (non représentées) sont réparties sur la paroi interne 19 a pour maintenir l'étroit intervalle uniforme précité -. L'insertion 17 a comporte son propre pied multibranches 22 a pouvant venir se superposer tout contre le pied multibranch a de l'aube lorsque l'insertion 17 a est en place Les faces radialement externes 32 et 33 du pied 22 a peuvent donc venir s'appliquer, respectivement, aux faces radia- lement internes 34 et 35 du pied 15 a Les faces 32 et 34, et les faces 33 et 35 peuvent être brasées ensemble, ce 2518643 6 qui donne un ensemble aube-insertion plus rigide et éli- mine le-risque d'introduction d'une insertion non appro- priée dans une aube donnée au cours du montage ou d'une réparation Le pied multibranches 22 a de l'insertion est pourvu d'un passage (non représenté) pouvant être alimenté ens air com- primé diune façon semblable à celle décrite a propob du mode de réalisation précédent et guider cet air jusque dans l'insertion 17 a o La partie tubulaire 18 a de l'insertion 17 a est pourvue d'une pluralité d'orifices sur la majeure partie de sa surface de façon à réaliser une réfrigération par impact sur la presque totalité de la paroi interne 19 a de l'aube 16 a L'application de la réfrigération par impact à la A 5 totalité, ou seulement à une partie, de la paroi interne 19 a est déterminée par les températures probables que. l'aube 16 a aura à supporter en marche L'air réfrigéranit s'échappe de l'intérieur de l'aube 16 a par une fente (non représentée) ménagée dans le bord de fuite de l'aube, comme il a été décrit à propos du premier mode de-réali- sation L'échappement de l'air réfrigérant par l'extrémité radia- lement externe de l'insertion 17 a est empêché par tu Il élé- ment obturateur 37 placé à i'extrémité radialement externe de l'aube 16 a Cet élément obturateur 37 a est simultané- ment approprié à obturer l'extrémité radialement externe de l'aube 16 a et à offrir une surface contre laquelle l'extrémité radialement externe de l'insertion 17 a viendra s'appliquer étanchément Du fait de leur mode de conformation, les ensembles aube- insertion selon la présente invention offrent une grande simplicité de montage De plus, si l'aube ou l'insertion est endommagée, seul l'élément avarié devra être remplacé et non l'ensemble aube-insertion comme il le fallait avec les anciennes aubes d'une seule pièce avec leur insertion Comme la pièce rapportée interne d'un ensemble aube-inseri selon l'invention peut se fixer directement au disque sur lequel est montée l'aube creuse de turbine, cette insertic peut, outre qu'elle assure la réfrigération, agir comme amortisseur de vibrations et par conséquent modifier avan- tageusement les caractéristiques de vibration de l'aube profilée creuse de rotor de turbine dans-laquelle elle est logée Comme l'insertion 17 est placée dans un environnement plus i O froid, sous le régime de marche du moteur, que celui dans lequel est placée l'aube de turbine 16, elle peut être fai d'une matière thermiquement moins résistante que celle don l'aube 16 devra être faite En outre, la dilatation ther- mique différentielle entre l'aube-chaude et l'insertion relativement froide ne pose pas de problème du fait que l'aube et l'insertion sont montées indépendamment Les autres avantages obtenus avec les ensembles aube-inser tion conformes à l'invention sont les suivants: a) l'insertion est facile à retirer et à replacer, carac- t o téristique très utile pour les recherches comportant une évaluation des dimensions ou des formes des orifice réfrigération; b) les ensembles aube-insertion de longue durée de service peuvent être démontés et indépendamment nettoyés, désin crustés et soumis a des essais d'écoulement pour l'obs- truction des orifices; c) des moteurs d'essai peuvent fonctionner avec des auoes périmées à insertions obturées si la réfrigération n'es pas nécessaire Bien que l'"nvention ait été décrite en se référant à une aube et à une insertion dont les organes de fixation ont la forme de pieds multibranches, on comprendra qu'elles peuvent être fixées à un disque de turbine d'une autre façon, telle qu'au moyen d'une ou de plusieurs goupilles 2518643 8 REVLNDICATIONS 1 Aube profilée creuse de rotor, utilisable dans un moteur à turbine à gaz, renfermant une pièce rapportée interne ou insertion pouvant être alimentée en fluide réfrigérant et t le diriger sur une partie au moins de la ou des surfaces, g internes de ladite aube, caractérisée en ce que ladite gube-et ladite insertion sont chacune pourvues d'organes respectifs de fixation directe à un disque de rotor, les- dits organes de fixation de l'insertion étant indépendants desdits organes de fixation de l'aube et additionnels à eux / 2 Aube profilée creuse de rotor renfermant une insertion selon la Revendication 1, caractérisée en ce que les or- ganes de fixation de l'aube et les organes de fixation de l'insertion sont du même type 3.Aube profilée creuse de-rotor renfermant une insertion selon la Revendication 2, caractérisée en ce que les or- ganes de fixation de l'insertion et les organes de fixation de l Vaube comportent chacun un pied à branches multiples 4.Aube profilée creuse de rotor renfermant une insertion selon la Revendication 3, caractérisée en ce que le pied multibranches de l'insertion est approprié à se placer dans le même dispositif récepteur de pieds multibranches que celui dans lequel es t approprié à se placer le pied multi- branches de l'aube Aube profilée creuse de rotor renfermant une insertion 2, Dselon une quelconque des Revendications 3 ou 4, caracté- risée en ce qu( l'insertion et l'aube sont appropriées à ce que le pied multibranches de l'insertion puisse venir se superposer au pied multibranches de l'aube ' 6 Aube profilée creuse de rotor renfermant une insertion selon une quelconque des Revendications 3 ou 4, caracté- risee en ce que l'insertion et l'aube sont appropriées à ce que le pied multibyanches de l'insertion puisse s'a- ligner sur une partie au moins du pied multibranches de l'aube :. - ' ' '' 7.Aube profilée creuse de rotor renfermant une insertion selon la Revendication 6, caractérisée en ce que ie pied multibranches de l'aube a la forme d'une fourche à deux bras entre lesquels vient s'insérer le pied multibranches de l'insertion, aligné sur les parties de pied multibranche de l'aube de ces deux bras de fourche