Brevet FR2667353A1 — publié le 19920403

La présente invention concerne une aube de rotor de turbo- machine et un procédé de fabrication de cette aube. Les turbomachines sont fréquemment munies d'aubes de rotor qui sont refroidies pour permettre leur fonctionnement à haute température, ce qui permet d'améliorer l'efficacité du moteur Ce sont en g 4 n&al les aubes de turbines de tels moteurs qui sont refroidies bien que, dans certains cas, il soit souhaitable de refroidir les aubes de compressions. Les aubes de rotor sont souvent refroidies au moyen de passages internes de refroidissement dans lesquels s'écoule un fluide de refroidissement, généralement de l'air comprimé Bien que de tels passages soient efficaces pour refiidir la partie des aubes de rotor en forme de profil aérodynamique, des difficultés surviennent lorsque les aubes comportent des carénages Un carénage est un petit segment fixé à l'extrémité d'une aube de rotor, et lorsqu'une rangée d'aubes de rotor carénées est montéesur un d-i Esque de rotor commun, les carénages peuvent se toucher pour fo-rmer un anneau périphérique autour des extrémités des aubes, ce qui réduit les fuites de gaz à ces extrémités Si, dans l'inté- rêt de l'efficacité du moteur, il est nécessaire pour les carénages de pouvoir fonctionner à des températures élevées, ils doivent aussi être munis, dans une certain mesure, d'un refroidissement interne Malheureusement, il en résulte souvent des carénages volumineux et lourds qui, par conséquent, imposent des charges centrifuges indésirables sur leurs aubes respectives. Selon un aspect de la présente invention, une aube de rotor pour turbomachine comporte à sa base des moyens pour la fixer à un disque de rotor avec une pluralité d'autres aubes de rotor similaires, et un carénage à son extrémité, ladite aube étant agencée pour être refroidie par le passage d'un fluide de refroidissement à travers elle, ledit carénage étant muni d'au moins une chambre de tranquillisation primaire agencée pour recevoir en fonctionnement au moins une partie dudit fluide de refroidissement et pour diriger ce fluide de refroidissement vers l'extérieur du carénage, par l'intermédiaire de canaux de refroidissement s'étendant à travers au-moins une partie de l'intérieur dudit carénage et reliant ladite chambre de tranquillisation primaire aux zones dudit carénage agencées pour venir en fonctionnement contre les zones correspondantes des carénages des aubes de rotor similairesadjacentes montées sur ledit disque de rotor. De préférence, le carénage de ladite aube de rotor est agencé pour qu'en fonctionnement il corresponde avec le carénage des aubes de rotor similaires adjacentes, pour former deux chambres5 detranquillisation secondaires, une de chaque côté dudit carénage, chaque chambre étant agencée pour recevoir le fluide de refroidis- sement par lesdits canaux de refroidissement dudit carénage et pour éjecter ce fluide dudit carénage. Chacune desdites chambres de tranqaillisation secondaire 1 o peut être munie d'ouvertures agencées pour éjecter le fluide de refroidissement sur au moins une partie de la surface extérieure dudit carénage. En variante, lesdites chambres de tranquillisation secondaires peuvent être agencées pour éjecter le fluide de refroidissement vers l'aval dans le flux de gaz qui, en fonctionnement, passe sur le profil aérodynamique de ladite aube de rotor. Lesdits canaux de refroidissement s'étendent de préférence transversalement par rapport au carénage. Selon un autre aspect de la présente invention, un procédé de fabrication d'une aube de rotor carénée pour turbomachiûe comprend les étapes consistant à: former une aube de rotor ayant au moins un passage interne de refroidissement, des moyens à sa base pour sa fixation à un disque de rotor-avec une pluralité d'autres aubes similaires et25 une plateformé à son extrémité, former un chapeau agencé pour s'adapter sur ladite plateforme de façon à définir avec elle un carénage, former au moins une chambre de tranquillisation primaire dans ladite plateforme ou dans ledit chapeau ou dans les deux, former une pluralité de canaux ouverts dans ladite plate- forme ou dans ledit chapeau, ou dans les deux, insérer un matériau apte à être lessivé et résistant à la chaleur dans lesdits canaux ouverts, placer ledit chapeau sur ladite plateforme de sorte qu'au moins un passage de refroidissement est agencé pour alimenter ladite chambre de tranquillisation primaire et que lesdits canaux ouverts relient ladite chambre de tranquillisation primaire et les zones de ladite plateforme agencées en fonctionnement pour venir en contact avec les zones correspondantes des carénages des aubes de40 rotor similaires adjacentes montées sur ledit disque, 3 2667353 braser ledit chapeau sur ladite plateforme pour former un carénage et lessiver ledit matériau. Au moins une chambre de tranquillisation secondaire peut être formée dans ledit chapeau ou ladite plateforme, ou dans les deux. De préférence, lesdites chambres de tranquillisation primaire et secondaire et les canaux ouverts sont formés dans ledit chapeau. Ladite chambre de tranquillisation primaire et lesdits canaux ouverts sont, de préférence, formés dans ledit chapeau par usinage électrochimique. Ledit matériau se présente de préférence, sous la forme de tubes de quartz. Lesdits tubes de quartz peuvent être lessivés à l'aide d'une solution de soude. L'invention sera maintenant décrite à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels La Figure 1 est une vue de côté en coupe partielle d'une turbomachine munie d'aubes de rotor de turbine carénées selon la présente invention. La Figure 2 est une vue de côté d'une aube de rotor de turbine, selon la présente invention. La Figure 3 est une vue agrandie du carénage de l'aube de - rotor de turbine montrée à la Figure 2. La Figure 4 est une coupe selon la ligne A-A de la Figure 3. La Figure 5 est une coupe selon la ligne B-B de la Figure 3,et La Figure 6 est une vue selon la flèche C de la Figure 3. Comme montré à la Figure 1, une turbomachine 10 comprend une partie de compression 11, un équipement de combustion 12 et une partie 13 formant turbine En fonctionnement, l'air est comprime par le compresseur 11, avant de pénétrer dans l'équipement de combustion 12 o il est mélangé avec le combustible et brûlé Les gaz chauds qui en résultent se détendent et entraînent la turbine 13 avant d'être éjectés dans l'atmosph 1 ere La turbine 13 et le compresseur 11 sont reliés, de sorte que la turbine 13 puisse entraîner le compresseur 11 Une partie du carter de la turbine 13 est arrachée pour montrer le premier étage d'aubes de rotor de turbines 14. Une des aubes de rotor de turbine 14 est montrée plus en 4 2667353 détails à la Figure 2 L'aube de rotor 14 comprend un profil aérodynamique 15 ayant un carénage 16 à son extrémité et un talon en sapin 17 à sa base Le talon en sapin 17 est agencé pour placer l'aube de rotor 14 sur un disque de rotor (non représenté) Afin - de permettre à l'aube de rotor 14 de supporter les hautes températures des gaz chauds issus de l'équipement de combustion 12, elle est munie d'un refroidissement interne à air De l'air comprimé provenant du compresseur Il est amené au disque de rotor sur lequel les aubes de rotor 14 sont montées et de là; par des passages, dans le talon en sapin 17, dans une pluralité de passagesde refroidissement 18 dans l'aube 14 dont l'un peut être vu à la Figure 4. Les passagesde refroidissement 18 amènent l'air comprimé dans une chambre de tranquillisation primaire 19 située dans le carénage 16 L'air est ensuite dirigé par une pluralité de canaux de refroidissement 20 s'étendant en travers du carénage 16 pour s'échapper le long des bords latéraux 21 et 22 du carénage Les passages de refroidissement 20, qui se terminent le long du bord latéral 21 du carénage, débouchent dans une fente 23 prévale dans ce bord latéral 21 Cette fente est placée de telle sorte que, lorsque l'aube de rotor de turbine 14 est montée avec d'autres aubes de rotor similaires sur un disque de rotor, le bord latéral 22 du carénage de l'aube de rotor adjacente sur un côté a l'aube de rotor 14 vienne en contact et corresponde avec la fente 23 pour former une chambre de tranquillisation secondaire 24 dans laquelle se déverse l'air de refroidissement provenant à la fois de l'aube de rotor et'de l'aube de rotor similaire adjacente Une série d'orifices inclinés 25, prévus sur la surface radialement extérieure du carénage 16 (Figure 6), dirigent ensuite l'air de refroidissement de la chambre de tranquillisation secondaire 24 sur la surface radialement extérieure du carénage 16, pour fournir un refroidissement par film d'air Le bord latéral 22 du carénage 16 ne comporte pas de fente pour pouvoir former une chambre de tranquillisation secondaire similaire avec la fente prévue dans le carénage de l'aube de rotor qui, en fonctionnement, est située contre l'autre côté de ltaube de rotor 14 On constate ainsi que, dans une rangée annulaire d'aubes de rotor de turbine 14 montées sur un disque de rotor, une pluralité de chambres de tranquillisation secondaires 24 sont formées par les bords latéraux 4 en contact 21 et 22 de leur carénage 16. Afin de réduire toute tendance des canaux de refroidissement à être bloqués par la poussière etc qui peut être portée par l'air de refroidissement, la chambre de tranquillisation primaire comporte trois évents à poussière inclinés 26. Dans une variante de l'agencement comportant des orifices de refroidissement 25 à la surface radialement extérieure du carénage 16, les chambres de tranquilisation secondaires peuvent être munies d'ouvertures agencées pour éjecter l'air de refroidis- sement vers l'aval dans le flux de gaz chaud qui, en fonctionnement, passe sur le profil aérodynamique 15 de l'aube de rotor 14 Si un tel agencement est utilisé, la surface radialement extérieure du carénage 16 peut comporter plus d'ailettes d'étanchéité que cela est possible dans la forme de réalisation décrite précédemment dans laquelle seulement deux ailettes d'étanchéité 27 et 28 sont possibles Il n'est pas possible de prévoir plus de deux ailettes d'étanchéité 27 et 28 sur le carénage 16 de cette forme de réalisation étant donné leur interférence avec l'effet de refroidissement par film produit par l'éjection d'air de refroidis- sement par les orifices inclinés 25. Le carénage 16 est fabriqué en deux parties 29 et-30 La partie 29 est formée d'une seule pièce comme une plateforme avec le profil aérodynamique 15, tandieue la partie 30 est formée comme un chapeau agencé pour s'adapter sur la plateforme 29. Les canaux de refroidissement 20, la chambre de tranquil- lisation primaire 19 et les chambres 23 sont formés dans le chapeau par usinage électrochimique On comprendra que les canaux de refroidissement 20 ont une section en U étant donné les limitations de l'usinage électrochimique Des tubes de quartz, ayant un diamétrique approximativement égal à la largeur des canaux 20 en U, sont alors placés dans les canaux 20 avant que le chapeau 30 soit brasé sur la plateforme 29 Tous les intervalles entre les tubes de quartz, les canaux 20 en U et la plateforme 29, se remplissent de brasure fondue, en raison de l'action capillaire. Après refroidissement, le carénage 16 oltenu est immergé dans une solution de soude pour dissoudre les tubes de quartz, laissant ainsi des canaux de refroidissement à section circulaire (Figure 3). Le procédé pour former un carénage refroidi tel-que décrit ci-dessus peut être utilisé pour transformer une aube de rotor refroidie ayant un carénage non refroidi en une aube ayant un carénage refroidi Ainsi le carénage non refroidi d'une telle aube 6 2667353 peut être rectifié jusqu'à ce que sa surface radialement extérieure soit plate ou tronconique Un chapeau convenable usiné électro- chimiquement tel que décrit ci-dessus peut alors être brasé sur le carénage rectifie. 7 2667353 REVENDICATIONS 1. Aube de rotor pour turbomachine, comportant à sa base des moyens pour sa fixation à un disque de rotor avec une pluralit 6 é d'autres aubes de rotor similaires, et à son extrémit 6 un carénage, ladite aube étant agencée pour être refroidie par le passage d'un fluide de refroidissement, caractérisée en ce que ledit carénage ( 16) est muni d'au moins une chambre de tranquillisation primaire ( 19) agencée pour recevoir en fonctionnement au moins une partie du fluide de refroidissement et pour diriger ce fluide de refroidis- sement vers l'extérieur du carénage ( 16) par des canaux de refroidis sement ( 20) s'6 tendant à travers au moins une partie de l'intérieur du carénage ( 16) et reliant la chambre de tranquillisation primaire ( 19) et les zones du carénage ( 16) agencées pour venir en fonction- nement en contact avec les zones correspondentes des carénages des aubes de rotor similaires adjacentes montées sur le disque de rotor. 2. Aube de rotor selon la Revendication 1, caractérisée en ce que le carénage( 16) de ladite aube de rotor ( 14) est agencé de telle sorte qu'en fonctionnement, il correspond avec les carénages desdites aubes de rotor adjacen{es similaires, pour former deux chambres de tranquillisation secondaires ( 24), une de chaque côté dudit carénage ( 16), chaque chambre ( 24) étant agencée pour être alimentée en air de refroidissement par lesdits canaux de refroidissement ( 20) dudit carénage ( 16), et pour éjecter ce fluide dudit carénage ( 16). 3 Aube de rotor selon la Revendication 2, caractérisée en ce que chacune desdites chambres de tranquillisation secondaires ( 24) est munie d'orifices ( 25) agencées pour éjecter le fluide de refroidissement sur au moins une partie de la surface extérieure dudit carénage ( 16). 4 Aube de rotor selon la Revendication 2, caractérisée en ce que lesdites chambres de tranquillisation secondaires ( 24) sont agencées pour éjecter le fluide de refroidissement rerslaval et dans le flux gazeux qui, en fonctionnement, passe sur le profil aérodynamique ( 15) de ladite aube de rotor ( 14). 5 Aube de rotor selon 'une quelconque des Revendications i à 4, caractérisée en ce que lesdits canaux de refroidissement ( 20) s'étendent transversalement par rapport auxdits carénages 16. 6. Procéd 6 de fabrication d'une aube de rotor carénée pour une turbomachirie, comprenant les étapes consistant à: former une aube de rotor ayant au moins un passage de refroidissement interne, des moyens à sa base pour sa fixation à un disque de rotor avec une pluralité d'autres aubes similaires et une plateforme à son extrémité, caractéris 6 en ce qu'on forme un chapeau ( 30) agencé pour s'adapter sur chaque plateforme ( 29) de façon à définir avec cette plateforme un carénage ( 16) on forme au moins une chambre de tranquillisation primaire ( 19) dans ladite plateforme ( 29) on ledit chapeau ( 30) ou dans les deux, on forme une pluralité de canaux ouverts ( 20) dans la plateforme ( 29) ou dans ledit chapeau ( 30) ou dans les deux, on insére un matériau apte à être lessivé et résistant à la chaleur dans lesdits canaux ouverts ), on place ledit chapeau ( 30) sur ladite plateforme ( 29) de telle sorte qu'au moins un passage de refroidissement ( 18) est agencé pour alimenter-ladite chambre de tranquillisation primaire ( 19) et que lesdits canaux ouverts ( 20) relient ladite chambre de tranquil- lisation primaire ( 19) et les zones de ladite plateforme ( 29) agencées pour venir en fonctionnement en contact avec les zones correspondantes des carénages d'aubes de rotor similaires adjacentes montées sur ledit disque de rotoron brase ledit chapeau ( 30) à ladite plateforme ( 29) pour former un carénage ( 16). 7. Procédé de fabrication d'une aube de rotor carénée selon la Revendication 6, caractérisé en ce qu'au moins une chambre de tranquillisation secondaire ( 24) est formée dans iedit chapeau ( 30) ou dans ladite plateforme ( 29) ou dans les deux. 8 Proc 6 dé de fabrication d'une aube de rotor carénée selon la Revendication 7, caractérisé en ce que lesdits canaux ouverts - ( 20) sont formés dans ledit chapeau ( 30). 9. Procédé de fabrication d'une aube de rotor carénée selon la Revendication 8, caractérisé en ce que lesdits canaux ouverts ( 20) sont formés dans ledit chapeau ( 30) par usinage électrochimique. 10. Procéd 6 de fabrication d'une aube de rotor carénée selon l'une quelconque des Revendications 6 a 9, caractérisé en ce que ledit matériau se présente sous la forme de tubes de quartz. 11. Procédé de fabrication d'une aube de rotor carénée, selon la Revendication 10, caractéris 6 en ce que lesdits tubes de quartz sont lessivés à l'aide d'une solution de soude.