Brevet FR2692318A1 — publié le 19931217

Le concepteur d'une turbo-machine moderne, afin d'obtenir un rendement élevé, recherche systématiquement la possibilité de fonctionnement avec des températures de gaz très élevées à la sortie des chambres de combustion L'aubage le plus exposé est celui du distributeur fixe haute pression Il est connu qu'en adoptant des dispositifs de réfrigération des aubes et de leurs embases, il devient possible d'augmenter la température maximale des gaz de combustion. Les dispositifs de réfrigération connus prévoient le passage d'un fluide réfrigérant dans de multiples cavités, souvent disposées plusieurs en série l'une derrière l'autre, avec de surcroit, parfois, des déviations de 1800 du flux réfrigérant par exemple entre deux cavités longitudinales d'une même aube Selon cet art antérieur, on constate l'existence de pertes de charge importantes et la nécessité de prévoir des débits de fluide réfrigérant également importants. L'invention a pour but de proposer de nouvelles configurations aptes à réduire lesdites pertes de charges et ledit débit. L'invention est donc relative à un aubage fixe de distribution du flux de gaz chauds alimentant une turbo-machine, comprenant des aubes, qui s'étendent chacune généralement radialement par rapport à un axe, et des embases inférieure et supérieure permettant la fixation desdites aubes sur une structure que comporte la turbo-machine, chaque aube comportant plusieurs cavités longitudinales s'étendant sensiblement radialement par rapport audit axe, adaptées à la circulation d'un fluide réfrigérant de l'aube, chaque embase comportant également plusieurs cavités transversales adaptées à la circulation d'un fluide réfrigérant de l'embase, cependant que l'aubage comporte, d'une part, des groupes d'orifices externes d'admission du fluide réfrigérant à l'intérieur desdites cavités, d'autre part, des groupes d'orifices externes d'échappement dudit fluide hors desdites cavités. Selon l'invention: A) le nombre de groupes d'orifices externes d'admission est égal au nombre des cavités longitudinales d'une aube; B) les cavités longitudinales d'une aube et les cavités transversales des embases sont éventuellement associées au plus par paire, la cavité longitudinale d'une paire présentant deux sections d'extrémité, dont l'une constitue un passage de libre communication avec la cavité transversale de ladite paire; C) les orifices d'un groupe d'orifices externes d'admission du fluide réfrigérant à l'intérieur d'une cavité communiquent directement avec ladite cavité. Les avantageuses dispositions suivantes sont en outre de préférence adoptées: les orifices d'un groupe d'orifices externes d'admission du fluide réfrigérant à l'intérieur d'une cavité longitudinale sont constitués par l'une des sections d'extrémité de ladite cavité longitudinale; les orifices externes d'admission de fluide réfrigérant dans les cavités d'une paire de cavités communiquent avec l'une des cavités de ladite paire, les orifices externes d'échappement hors desdites cavités communiquant uniquement avec l'autre cavité de ladite paire de cavités; l'aubage comporte des cloisons de guidage de l'écoulement du fluide réfrigérant ménagées à l'intérieur de certaines au moins desdites cavités transversales; l'aubage comporte des dispositifs perturbateurs de l'écoulement du fluide réfrigérant disposés à l'intérieur desdites cavités transversales et/ou longitudinales. L'avantage principal réside dans la réduction des pertes de charges et du débit de fluide réfrigérant, et par suite l'augmentation du rendement de la turbo-machine. L'invention sera mieux comprise, et des caractéristiques secondaires et leurs avantages apparaîtront au cours de la description d'une réalisation donnée ci-dessous à titre d'exemple. Il est entendu que la description et les dessins ne sont donnés qu'à titre indicatif et non limitatif. Il sera fait référence aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est une perspective d'un aubage conforme à l'invention; la figure 2 est une coupe axiale d'une aube de l'aubage de la figure 1, suivant II- II de la figure 3; les figures 3 et 4 sont des coupes suivant III-III et IV-IV de la figure 2; la figure 5 est une section de l'aube de la figure 2, suivant V-V de cette figure. La figure 1 représente une partie d'un aubage comprenant deux aubes 1, qui s'étendent sensiblement radialement par rapport à un axe 2, et dont les extrémités sont solidaires, l'une d'une embase inférieure 3, l'autre d'une embase supérieure 4, les embases inférieures 3 étant placées les unes à côté des autres pour former une couronne de fixation inférieure, d'axe 2, et, les embases supérieures 4 étant placées les unes à côté des autres pour former une couronne de fixation supérieure, d'axe 2 Ces couronnes inférieure et supérieure, appartiennent à la structure de la turbo-machine Les aubes 1 de la réalisation décrite appartiennent à un distributeur statique des gaz chauds issus des chambres de combustion d'une turbo-machine et sont de fait soumises en permanence à un flux thermique et calorique très important Afin de supporter les contraintes thermiques correspondantes, les aubes et leurs embases comportent des cavités permettant la circulation d'un fluide de réfrigération, généralement de l'air. Chaque aube 1 comprend, dans la réalisation décrite, sept évidements 5, 6, 7, 8, 9, 10 et 11, qui se succèdent de manière adjacente, du bord d'attaque 12 jusqu'au bord de fluide 13, et s'étendent sensiblement radialement par rapport à l'axe 2. L'embase inférieure 3 comprend trois chambres 14, 15, 16 La chambre 14 est séparée de la chambre 15 par une paroi radiale 17, qui constitue un prolongement, à l'extérieur de l'aube, de la paroi 20 séparant les évidements 6 et 7 La chambre 15 est séparée de la chambre 16 par une paroi radiale 18, qui rejoint la face extérieure de l'aube à proximité du bord de fuite 13 La chambre 16 est séparée de la chambre 17 par une paroi radiale 19 qui rejoint la face extérieure de l'aube à proximité de la ligne, voisine du bord d'attaque 12, et séparant la paroi de l'intrados 20 de celle de l'extrados 21. L'embase supérieure comprend quatre chambres 22, 23, 24 et 25. La chambre 22 est séparée de la chambre 23 par une paroi radiale 26, qui rejoint la paroi d'extrados 21 dans la zone de jonction de la paroi 30 séparant les évidements 5 et 6 La chambre 23 est séparée de la chambre 24 par une paroi radiale 27 rejoignant l'extrados à proximité de la jonction de la paroi 31 séparant l'évidement 8 de l'évidement 9 avec la paroi d'extrados 21 La chambre 24 est séparée de la chambre 25 par une paroi radiale 28, rejoignant le bord de fuite 13 Enfin, la chambre 25 est séparée de la chambre 22 par une paroi radiale 29 qui rejoint la face extérieure de l'aube à proximité de la ligne, voisine du bord d'attaque 12, séparant la paroi de l'intrados 20 de celle de l'extrados 21. Les communications suivantes sont ménagées entre les diverses chambres et évidements, et, l'extérieur 32 des embases et l'extérieur de l'aube: la partie de la paroi externe de l'aube séparant l'intrados 20 de l'extrados 21, voisine du bord d'attaque 12, est traversée par trois rangées radiales de trous 33 faisant communiquer l'évidement avec l'extérieur de l'aube; l'extrémité supérieure de l'évidement 5 débouche directement dans la chambre 22 par sa section entière 50; des orifices 38, ménagés dans la paroi supérieure 51 de l'embase supérieure 4 fait communiquer la chambre 22 avec l'extérieur 32 de l'embase supérieure 4; la paroi d'extrados 21 délimitant l'évidement 6 est traversée par trois rangées radiales de trous 34 qui font communiquer l'évidement 6 avec l'extérieur de l'aube; l'extrémité inférieure de l'évidement 6 débouche directement dans la chambre 14 par sa section entière 45; des orifices 39, ménagés dans la paroi inférieure 52 de l'embase inférieure 3 font communiquer la chambre 14 avec l'extérieur 32 de l'embase inférieure 3; la section supérieure 40 de l'évidement 7 débouche dans la L paroi supérieure 51 de l'embase supérieure 4 et établit la communication dudit évidement 7 avec l'extérieur 32 de l'embase supérieure 4; l'extrémité inférieure de l'évidement 7 débouche directement dans la chambre 15 par sa section entière 46; des orifices 53 traversent la paroi de la chambre 15, dans le voisinage de la paroi 18, et, font communiquer la chambre 15 avec l'extérieur 32 de l'embase inférieure 3; une rangée radiale de trous 35, ménagés dans la paroi d'intrados 20, font communiquer l'évidement 8 avec l'extérieur de l'aube; la section supérieure 47 de l'évidement 8 débouche directement et entièrement dans la chambre 23; des orifices 41, ménagés dans la paroi supérieure 51 de l'embase supérieure 4, font communiquer la chambre 23 avec l'extérieur 32 de l'embase supérieure 4; la section inférieure 42 de l'évidement 9 débouche entièrement dans la paroi inférieure 52 de l'embase inférieure 3 et établit la communication dudit évidement 9 avec l'extérieur 32 de l'embase inférieure 3; l'extrémité supérieure de l'évidement 9 débouche directement dans la chambre 24 par sa section 48; des orifices 54, ménagés dans la partie de l'embase supérieure 4 voisine à la fois de l'intrados 20, du bord de fuite 13 de l'aube, et, de la cloison 28, établissent la communication de la chambre 24 avec l'extérieur 32 de l'embase supérieure 4; deux rangées radiales de trous 36, ménagés dans la paroi d'intrados, établissent la communication de l'évidement 10 avec l'extérieur de l'aube; la section inférieure 55 de l'évidement 10 débouche directement et entièrement dans la chambre 16; des orifices 43, ménagés dans la paroi inférieure 52 de l'embase inférieure 3, établissent la communication de la chambre 16 avec l'extérieur 32 de ladite embase inférieure; des fentes 37, ménagées dans le bord de fuite 13, établissent la communication de l'évidement Il avec l'extérieur de l'aube la section supérieure 49 de l'évidement 11 débouche directement et entièrement dans la chambre 25; des orifices 44, ménagés dans la paroi supérieure 51 de l'embase supérieure 4, établissent la communication de la chambre avec l'extérieur 32 de ladite embase supérieure. Ces divers évidements et chambres sont parcourus par un fluide réfrigérant Il convient, pour que la réfrigération soit efficace, d'éviter que ce fluide traverse les évidements et les chambres sans évacuer les calories reçues par les parois: il convient donc de guider ce fluide par des parois et d'associer un régime d'écoulement turbulent propre à provoquer un brassage du fluide lui permettant un léchage satisfaisant des parois C'est ainsi qu'ont été prévues, dans les diverses chambres, des parois de guidage du fluide 56 et des dispositifs 57 créateurs de perturbations de l'écoulement du fluide Les faces internes des évidements 5, 6, 7, 8, 9, 10 et Il sont elles aussi associées à des dispositifs perturbateurs de l'écoulement du fluide (non représentés sur les figures par souci de préserver la clarté de la représentation). Un fluide sous pression, tel que de l'air, est contenu dans l'espace 32 extérieur aux embases 3 et 4 (à l'intérieur de la couronne constituée par l'ensemble des embases inférieures 3, et, à l'extérieur de la couronne constituée par l'ensemble des embases supérieures 4). Ce fluide sous pression, utilisé dans le cas présent pour la réfrigération, pénètre directement à l'intérieur des chambres 14, 16, 22, 23 et 25 par les orifices 39, 43, 38, 41, 44, respectivement, et, directement à l'intérieur des évidements 7 et 9 par les sections supérieure 40 et inférieure 42, respectivement, de ces évidements, soit en outre le même nombre (sept) de groupes d'orifices externes d'admission que d'évidements. Le fluide de réfrigération ainsi admis, s'écoule de la manière suivante: le fluide admis dans la chambre 22 pénètre directement dans l'évidement 5 par la section supérieure 50 de cet évidement, et s'échappe hors de l'évidement 5 en traversant les trous 33 le fluide admis dans la chambre 14 pénètre directement dans l'évidement 6 par la section inférieure 45 de cet évidement, et s'échappe hors de l'évidement 6 en traversant les trous 34; le fluide admis dans l'évidement 7 pénètre directement dans la chambre 15 en traversant la section inférieure 46 de l'évidement 7, et s'échappe hors de la chambre 15 en traversant les orifices 53; le fluide admis dans la chambre 23 pénètre directement dans l'évidement 8 en traversant la section supérieure 47 de cet évidement, et s'échappe hors de l'évidement 8 en traversant les trous 35; le fluide admis dans l'évidement 9 pénètre ensuite directement dans la chambre 24 en traversant la section supérieure 48 de cet évidement 9, et s'échappe hors de la chambre 24 en traversant les orifices 54; le fluide admis dans la chambre 16 pénètre directement dans l'évidement 10 en traversant la section inférieure 55 de cet évidement, et s'échappe hors de l'évidement 10 en traversant les trous 36; le fluide admis dans la chambre 25 pénètre directement dans l'évidement Il en traversant la section supérieure 49 de cet évidement, et s'échappe hors de l'évidement 11 en traversant les fentes 37 du bord de fuite 13. Il doit être observé que chacun des sept circuits de réfrigération n'associe au plus en série que deux enceintes distinctes chambre 22 évidement 5; chambre 14 évidement 6 évidement 7 chambre 15; chambre 23 évidement 8; évidement 9 - chambre 24; chambre 16 évidement 10; chambre 25 évidement 11, ce qui, évidemment, permet une limitation des pertes de charge dans chaque circuit par rapport à de nombreux circuits antérieurs associant trois ou davantage enceintes en série. De plus, la communication d'une enceinte à l'autre d'un même circuit est toujours directe, notamment sans retournement à 1800 de la veine d'écoulement du fluide de réfrigération, comme cela se produisait parfois dans certaines réalisations antérieures Là aussi, cette disposition est apte à réduire les pertes de charge dans chaque circuit de réfrigération, tout en limitant également l'encombrement radial des aubages. Enfin, il peut également être observé que les écoulements dans les évidements sont réalisés parfois à contre courant, ce qui est favorable à une homogénéisation des températures des aubes 1. Ainsi le fluide s'écoule de l'embase supérieure 4 vers l'embase inférieure 3 dans l'évidement 5; en sens inverse du précédent dans l'évidement 6; de nouveau de l'embase supérieure 4 vers l'embase inférieure 3 dans l'évidement 7 De manière analogue, le fluide s'écoule de l'embase inférieure 3 vers l'embase supérieure 4 dans l'évidement 10; et en sens opposé du précédent dans l'évidement il. L'invention n'est pas limitée à la réalisation décrite, mais en couvre au contraire toutes les variantes qui pourraient lui être apportées sans sortir de son cadre, ni de son esprit. REVENDICATIONS 1 Aubage fixe de distribution du flux de gaz chauds alimentant une turbo-machine, comprenant des aubes ( 1), qui s'étendent chacune généralement radialement par rapport à un axe ( 2), et des embases inférieure ( 3) et supérieure ( 4) permettant la fixation desdites aubes sur une structure que comporte la turbo-machine, chaque aube comportant plusieurs cavités longitudinales ( 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11) s'étendant sensiblement radialement par rapport audit axe, adaptées à la circulation d'un fluide réfrigérant de l'aube, chaque embase ( 3, 4) comportant également plusieurs cavités transversales ( 14, , 16, 22, 23, 24, 25) adaptées à la circulation d'un fluide réfrigérant de l'embase, cependant que l'aubage comporte, d'une part, des groupes d'orifices externes d'admission du fluide réfrigérant à l'intérieur desdites cavités, d'autre part, des groupes d'orifices externes d'échappement dudit fluide hors desdites cavités, caractérisé en ce que A) le nombre de groupes d'orifices externes d'admission ( 38, 39, , 41, 42, 43, 44) est égal au nombre des cavités longitudinales ( 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11) d'une aube; B) les cavités longitudinales d'une aube et les cavités transversales des embases sont éventuellement associées au plus par paire ( 22-5; 14-6; 7-15; 23-8; 9-24; 16-10; 25-11), la cavité longitudinale d'une paire présentant deux sections d'extrémité, dont l'une ( 50, 45, 46, 47, 48, 55, 49) constitue un passage de libre communication avec la cavité transversale de ladite paire; C) les orifices ( 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44) d'un groupe d'orifices externes d'admission du fluide réfrigérant à l'intérieur d'une cavité communiquent directement avec ladite cavité ( 22, 14, 7, 23, 9, 16, 25). 2 Aubage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les orifices d'un groupe d'orifices externes d'admission du fluide réfrigérant à l'intérieur d'une cavité longitudinale sont constitués par l'une ( 40, 42) des sections d'extrémité de ladite cavité longitudinale ( 7, 9). 3 Aubage selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les orifices externes d'admission ( 38, 39, , 41, 42, 43, 44) de fluide réfrigérant dans les cavités d'une paire de cavités communiquent avec l'une ( 22, 14, 7, 23, 9, 16, 25) des cavités de ladite paire, les orifices externes d'échappement ( 33, 34, 53, 35, 54, 36, 37) hors desdites cavités communiquant uniquement avec l'autre cavité ( 5, 6, 15, 8, 24, 10, 11) de ladite paire de cavités. 4 Aubage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte des cloisons de guidage ( 56) de l'écoulement du fluide réfrigérant ménagées à l'intérieur de certaines au moins desdites cavités transversales. Aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte des dispositifs ( 57) perturbateurs de l'écoulement du fluide réfrigérant disposés à l'intérieur desdites cavités transversales et/ou longitudinales.