Brevet FR2573126A1 — publié le 19860516

La présente invention concerne un rotor pour une turbine à gaz, comportant un moyeu pourvu d'une zone extrême en forme de disque et sur lequel sont disposées des aubes incurvées spatialement et dont la courbure est orientée en sens opposé au sens de rotation dans une zone balayée radialement par l'écoulement et qui comporteit, entre le côté de refoulement et le côté d'admission des lignes de squelette dont le profil dans une direction radiale peut être défini au moyen d'une courbe. D'après le brevet US 4 243 357, il est connu une turbine radiale dont le rotor comporte des aubes incurvées spatialement, qui sont pourvues d'un profil d'aile portante et qui sont incurvées en sens opposé au sens de rotation. Le rotor comporte un moyeu formé d'une zone extrême en forme de disque contre laquelle s'appuiekles aubes par leur zone balayée radialement par l'écoulement. En outre d'après le brevet US 4 381 172, on connait une turbine à gaz comportant des aubes incurvées spatialement et dont la courbure est orientée en sens opposé au sens de rotation dans une zone balayée radialement par l'écoulement. On ne peut cependant tirer des brevets américains précités aucun avis précisant selon quelle loi doit varier la courbure des aubes. L'invention a pour but, dans une turbine radiale du type défini ci-dessus, d'agencer les aubes de telle sorte que celles-ci puissent être sollicitées pratiquement sans choc dans le cas d'un petit écoulement de gaz et que le profil de vitesse du courant de gaz balayant les aubes puisse être déterminé dans chaque section des aubes par leur courbure. Conformément à l'invention, ce problème est résolu en ce que l'axe de rotation du rotor est tangent aux lignes de squelette pouvant être définies par une courbe du second degré. Selon d'autres particularités du rotor conforme à l'invention: - la courbe du second degré est une ellipse - les lignes de squelette passant dans une zone d'aube à balayage semiaxial sont constituées par des droites qui coupent l'axe de rotation du rotor; - il existe entre la zone d'aube à balayage radial et la zone d'aube à balayage semi-axial une zone de transition dans laquelle le profil des lignes de squelette peut être défini par l'expression arithmétique (x - C)n aix) a0 + ( 1 x c) m 1 - c o a*(x): le grand demi-axe d'une ellipse locale (mm), a(o0): le grand demi-axe de l'ellipse (mm) dans la zone à balayage radial, x: la dimension axiale (mm) des aubes dont l'origine est placée dans la zone extrême en forme de disque du moyeu, c: la largeur des aubes (mm) dans la zone à balayage radial, 1: la largeur des aubes (mm) dans la zone à balayage radial et dans la zone de transition, n: l'exposant du dividende, et m: l'exposant du diviseur, les exposants m et n étant égaux ou supérieurs à 1. - les aubes ont, dans une zone extérieure à balayage radial un angle de courbure compris entre 5 et 45'. l'angle de courbure étant déterminé par un rayon coupant l'axe de rotation et la ligne de squelette dans une zone extérieure d'aube et par une tangente au côté d'admission de la zone extérieure de l'aube. Avec l'agencement conforme à l'invention des aubes du rotor, la turbine à gaz présente dans une plage de basses vitesses de rotation un rendement amélioré du fait de la réduction d'angle d'incidence entre les aubes et l'écoulement. On obtient ainsi d'une part une plus grande vitesse de ralenti en vue d'une accélération et d'autre part une accélération de la puissance utile de la turbine à gaz, grâce à laquelle on dispose d'une plus grande puissance d'accélération en vue d'une augmentation de la vitesse de rotation pendant la phase de marche rapide. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale médiane d'une turbine radiale d'un turbocompresseur à gaz d'échappement dont les aubes sont incurvées spatialement en sens opposé au sens de rotation, la figure 2 est une vue en élévation de l'ensemble du rotor, la figure 3 est une vue en coupe longitudinale centrale d'un rotor d'un turbocompresseur à gaz d'échappement comportant des aubes qui sont incurvées en sens opposé au sens de rotation dans une zone à balayage radial, et la figure 4 est une vue en élévation de l'ensemble d'un rotor conforme à la figure 3. Un rotor 1 représenté en coupe longitudinale centrale sur la figure 1 comporte un moyeu 2 pourvu d'une zone extrême 3 en forme de disque. Sur le moyeu 2 sont disposées des aubes 4 semi-axiales, incurvées spatialement et dont une zone à balayage radial est délimitée d'un côté par la zone extrême 3 en forme de disque du moyeu (2) et de l'autre côté par la zone 6 incurvée semi-axialement des aubes 4. Sur la figure 2, le rotor 1 de la figure 1 est représenté en vue en élévation d'ensemble. Les aubes 4 incurvées spatialement comportent le long de leur étendue axiale des lignes de squelette 11 s'étendant dans une direction axiale et au milieu entre un côté de refoulement 9 et un côté d'aspiration 10 des aubes 4, lesdites lignes de squelette pouvant être définies par une courbe du second degré, notamment une ellipse. Les lignes de squelette 11 orientées perpendiculairement à l'axe de rotation 14 sont en contact avec une tangente respectivement associée 12 en des points 13 qui sont situés sur l'axe de rotation 14 du rotor 1. Les aubes 4 possèdent, dans une zone extérieure à balayage radialune courbure telle que l'écoulement de gaz arrivant sur elles soit canalisé pratiquement sans impact le long du côté de refoulement 9 et en direction du côté de sortie d'écoulement. L'angle de courbure0 obtenu dans ce cas au point d'incidence sur l'aube a avantageusement une valeur comprise entre 5 et 45". Cet angle de courbure zone extérieure d'aube. Un rotor 16 représenté en coupe longitudinale médiane sur la figure 3 comporte un moyeu 2 pourvu d'une zone extrême 3 en forme de disque. Sur le moyeu 2 sont disposées des aubes 19 qui comportent une zone 5 à balayage radial et une zone 6 à balayage semi-axial. La zone 5 à balayage radial comporte, le long de son étendue axiale, des lignes de squelette 11 qui peuvent être définies par une courbe du second degré. La zone 6 à balayage semi-axial est divisée en une zone de transition 22 et en une zone 23. Conformément à la figure 4, dans une zone 5 à balayage radial, les aubes 19 sont incurvées spatialement et dans une direction radiale en sens opposé au sens de rotation. Une ligne de squelette 11il orientée perpendiculaire- ment à l'axe de rotation 14 et une tangente 25 associée à la ligne de squelette présentent un point de contact 13 qui est situé sur l'axe de rotation 14 du rotor. La ligne de squelette 11 peut être définie par une courbe du second degré telle qu'une ellipse. La zone de transition 22 comporte des lignes de squelette 15 qui peuvent être définies par une courbe du second degré et dont la courbure dans la direction de sortie d'écoulement est progressivement diminuée de manière qu'elles forment des droites 26 dans la zone d'aube 23. - A cet égard, le petit demi-axe de l'ellipse reste constant et le qrand demi-axe est sujet,dans la direction "x" vers la zone 23 des aubes 19, a une variation qui peut être définie par l'expression arithmétique: ( x c)n a(x) a0 + X-C x1' x - c)m 1 - c o (x) le grand demi-axe local (mm), a0: le grand demi-axe (mm) dans la zone à balayage radial, x: la dimension axiale (mm) des aubes dont l'origine est située dans la zone extrême en forme de disque du moyeu, c: la largeur d'aube (mm) dans la zone à balayage radial, 1: la largeur d'aube (mm) dans la zone à balayage radial et dans la zone de transition, n: l'exposant du dividende, m: l'exposant du diviseur, les exposants m et n étant égaux ou supérieurs à 1. La zone 23 venant à la suite de la zone de transi- tion 22 et comportant des aubes à balayage semi-axial et à balayage radial est pourvue de lignes de squelette 26 qui sont formées par des droites 26 orientées radiaiement et coupant l'axe de rotation 14. 257 126 REVENDICATIONS 1. Rotor pour une turbine à gaz, comportant un moyeu pourvu d'une zone extrême en forme de disque et sur lequel sont disposées des aubes incurvées spatialement et dont la courbure est orientée en sens opposé au sens de rotation dans une zone balayée radialement par l'écoulement et qui comporte, entre le côté de refoulement et le coté d'admission des lignes de squelette dont le profil dans une direction radiale peut être défini au moyen d'une courbe, caractérisé en ce que l'axe de rotation (14) du rotor est tangent aux lignes de squelette (11, 15) pouvant être définies par une courbe du second degré. 2. Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que la courbe du second degré est une ellipse. 3. Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que les lignes de squelette (26) passant dans une zone d'aube (23) à balayage semi-axial sont constituées par des droites qui coupent l'axe de rotation (14) du rotor. 4. Rotor selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il existe entre la zone d'aube (23) à balayage radial (5) et la zone d'aube (23) à balayage semi-axial une zone de transition (22) dans laquelle le profil des lignes de squelette peut être défini par l'expression arithmétique (x- c)n a(x) = + (1_ x -c m x-c o: 1 - c ():..le grand demi-axe d'une ellipse locale (mm), *i): le grand demi-axe de l'ellipse (mm) dans la zone à balayage radial, x: la dimension axiale (mm) des aubes dont l'origine est placée dans la zone extrême en forme de disque du moyeu, c: la largeur des aubes (mm) dans la zone à balayage radial, 1: la largeur des aubes (mm) dans la zone à balayage radial et dans la zone de transition, n: l'exposant du dividende, et m: l'exposant du diviseur, les exposants m et n étant égaux ou supérieurs à 1. 5. Rotor selon une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les aubes %4,- 19) ont, dans une zone extérieure (5) à balayage radial un angle de courbure î compris entre 5 et 45 , l'angle de courbureî étant déterminé par un rayon (27) coupant l'axe de rotation (14) et la ligne de squelette (11) dans une zone extérieure d'aube (5) et par une tangente (28) au côté dadmission (10) de la zone extérieure de l'aube.