Brevet FR2712918A1 — publié le 19950602

La présente invention concerne des turbomachines. Des problèmes se posent dans certaines turbomachines où les aubes de turbines, notamment celles de l'étage de plus faible pression dans les grandes turbomachines à turbines multi-étagées, deviennent excessivement longues. Cette longueur excessive produit dans les aubes des sollicitations centrifuges élevées et conduit en outre à une configuration dans laquelle le rapport moyeu/tête d'aube est faible, ce qui signifie qu'il est difficile d'obtenir efficacement la même chute de pression au moyeu que celle produite en tête d'aube. L'invention a pour objet de remédier à cet inconvénient. A cet effet, elle prévoit de placer entre autres en aval de l'étage de plus faible pression de la partie turbine de la turbomachine un étage de turbine à aubes raccourcies, qui, à partir de celle de deux parois délimitant le passage d'un flux de gaz qui est la plus proche de l'axe de la turbomachine, ne s'étendent en travers du passage que sur une partie de celui-ci. Une turbomachine selon l'invention comprend, disposés l'un à la suite de l'autre dans le sens d'écoulement du flux gazeux dans un passage délimité par deux parois, l'une intérieure, c'est-à-dire plus proche de l'axe dc la turbomachine, et l'autre extérieure, une partie compresseur, des moyens de combustion et une partie turbine, et elle est caractérisée en ce qu'il est prévu dans la partie turbine, en aval de l'étage de plus faible pression dont les aubes ont toute leur longueur,-un rotor de turbine à aubes raccourcies, qui, depuis la paroi intérieure du passage pour le flux de gaz, ne s'étend en travers de ce passage que sur une partie seulement de celui-ci. On réduit ainsi la longueur des aubes de l'étage de turbine placé immédiatement en amont de ce rotor et, par conséquent,les sollicitations centrifuges sur ces aubes, sans que soit diminuée la chute de pression ou détente à travers la turbine. Dans une forme d'exécution de l'invention, il est prévu pour un flux de gaz un second passage qui entoure le premier et s'étend au-delà de l'extrémité aval de celui-ci, et un dispositif mélangeur agencé de façon à mélanger le flux venant du second passage à la partie radialement extérieure du flux sortant de l'étage de turbine placé i é- diatement en amont du rotor à aubes raccourcies. De préférence une paroi annulaire intermédiaire entoure les te tes des aubes raccourcies de ce rotor et divise le flux sortant de l'étage placé i édiatement en amont de celui-ci en un flux intérieur et un flux extérieur. Le dispositif mélangeur diminue la pression du flux extérieur venant de l'étage placé i diatemont on amont du rotor à aubes raccourcies en le mélangeant au flux de pression inférieuvenant du second passage, maintenant ainsi un profil de vitesse uniforme à travers la totalité du courant gazeux en aval du premier passage. L'invention est applicable à un turboréacteur dans lequel il n'est pas prévu de compresseur supplémentaire dans le second passage, ou à un turboréacteur à double flux, dans lequel il est prévu un compresseur supplémentaire ou soufflante dans le second passage, lequel devient alors un passage de dérivation ordinaire. La paroi intermédiaire qui entoure le rotor à aubes raccourci du dernier étage de la turbine peut être une paroi fixe ou tourner avec le rotor. De toute façon, l'invention sera bien comprise à 1' aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé, représentant, à titre d'exemples non limitatifs, deux formes d'exécution de cette turbomachine: Fig. 1 est une vue en demi-coupe axiale d'un turboréacteur motocorps selon l'invention; Fig. 2 est une vue en demi-coupe axiale d'un turboréacteur à double flux et double corps selon l'invention. La figure 1 représente une turbomachine qui est en l'occurrence un turboréacteur monocorps, comportant un compresseur multi-étagé 1, une chambre de combustion 2 et u ne turbine à deux étages 2, le compresseur 1 et la turbine 2 étant liés en rotation par un arbre 4. Cet arbre 4 est onté de façon traditionnelle dans des paliers, dont deux seulement sont désignés par les références 5 et 6. Un carter extérieur 7 et un carter intérieur 8 définissent respectivement la paroi extérieure et la paroi intérieure d'un premier passage de flux gazeux à travers le compresseur et la turbine et un troisième carter 9, qui entoure le carter 7 définit avec lui un second passage de flux gazeux 10, en dérivation prr rapport au compresseur 1 et à la turbine 2. Cette turbine 2 est une turbine à deux étages, qui comporte un premier et un second étage de rotor, respectivement Il et 12, séparés l'un de l'autre par un étage de stator li. Les aubes du dernier étage 12 de la turbine 3 s'étendent depuis la paroi intérieure 8 du premier passage sur une partie seulement de la section de celui-ci, Jus- qu'à une paroi intermédiaire 14, qui fait partie de la structure fixe du turboréacteur et qui est supportée par le carter extérieur 7 par l'intermédiaire d'une structure 15. I1 va de soi que, comme variante, cette paroi intermédiaire peut avoir la forme d'un bandage fixé aux têtes des aubes de cet étage 12. On comprend que cette paroi intermédiaire 14 divise le flux gazeux sortant du premier étage 11 de la turbine 2 en un flux secondaire intérieur et flux secondaire extérieur. Pendant le vol normal de l'avion sur lequel est monté le turboréacteur qui vient d'être décrit, le second passage 10 est parcouru par un flux d'air qui résulte du déplacement de l'avion. Lorsque l'avion ne se déplace pas ou lorsque sa vitesse est faible, de l'air est dirigé dans ce second passage par l'effet d'éjecteur des gaz d' échappement de la turbine lorsqu'ils passent devant l'extrémité aval du passage. Un dispositif mélangeur 16, qui peut avoir la forme de n'importe quel mélangeur connu, est incorporé à la structure portante 15, à l'extrémité aval du carter extérieur 7. Ce mélangeur présente, groups dans le sens p4- riphérique, des passages orientés radialement vers l'intérieur qui alternent avec des passages orientés radialement vers l'extérieur et ces passages sont agencés de fa- çon à diriger vers l'intérieur le flux venant du second passage 10 et à diriger vers l'extérieur le flux venant de la partie la plus extérieure des aubes du premier étage il de la turbine, comme le montrent les flèches A. En aval de ce mélangeur 16, l'ensemble du gaz sortant des deux passages est dirigé vers une tuyère li. Les avantages de l'agencement qui vient d'être décrits consistent en ce qu'on peut obtenir la mame chute de pression à travers "un étage et demi" quwà travers un seul étage, avec une sollicitation centrifuge considérablement réduite dans le premier étage. Sinon, on peut obtenir une détente plus gran e à travers "un étage et demi" qu'à~ travers un seul étage, mais sans le coût et le poids supplémentaires d'un second étage à aubes non raccourcies. Le dispositif mélangeur assure l'uniformisation du profil de vitesse à travers le passage du flux gazeux en aval du dernier étage de la turbine et, co sse le second passage contient de l'air froid, dont la vitesse d'écoulement est relativement faible, la vitesse du courant gazeux mixte sortant de la tuyère 28 peut être abaissée, ce qui améliore l'efficacité propulsive du turboréacteur. La figure 2 montre une autre forme d'exécution de l'invention, appliquée à un turboréacteur à double corps et double flux, comportant de nombreuses parties qui sont similaires à celles du turboréacteur monocorps qui vient d'être décrit. Dans cette forme d'exécution, la turbomachine comporte un premier ensemble moteur ou corps intérieur, constitué par un compresseur 20, une chambre de combustion 22 et une turbine 24, laquelle entraine le compresseur 20 en rotation par l'intermédiaire de l'arbre fl. Ce premier ensemble moteur produit des gaz d'échappement qui entrai nent une seconde turbine 26. Celle-ci est liée en rotation par un arbre 25 à une soufflante 28 produisant un courant d'air comprimé qui s'écoule dans un conduit de dérivation en en contournant l'ensemble moteur intérieur.La turbine 26 est à trois étages, comportant trois aubages mobiles 30, 31 et 32 qui alternent avec deux auba,ges fixes 33 et 34, et le dernier étage 34, 32 a des aubes raccourcies, qui s'étendent depuis la paroi intérieure du premier passage jusqu'à une paroi intermédiaire fixe 36, qui supporte les aubes de stator 34. Comme dans la forme d'exécution précédente, un dispositif mélangeur 38 est disposé de fa çon à diriger vers l'intérieur de l'air qui s'écoule dans le passage de dérivation 29 et à diriger vers l'extérieur des gaz qui sortent de la partie extérieure de l'avantdernier aubage mobile 31, pour mélanger ces deux flux et uniformiser ainsi le profil de vitesse du courant mixte éjecté à travers la tuyère 40. Comme solution de remplacement du dispositif mélangeur, il serait possible de dimensionner l'avant-dernier étage de la turbine de façon à obtenir dans la zone extérieure de son aubage une chute de pression plus forte et d'égaliser sa pression de sortie avec celle de l'étage à aubes raccourcies.Sous cette forme, l'invention convient également aux applications en turbopropulsion, en turboréaction et aux applications industrielles. - REVENDICATIONS 1. - Turbomachine comprenant des moyens compresseurs, des moyens de combustion et des moyens à turbine montés les uns à la suite des autres dans le sens d'écoulement du flux gazeux dans un passage délimité par deux parois, l'une intérieure, c'est-à-dire la plus proche de l'axe de la turbomachine, et l'autre extérieure, caractérisée en ce qu'il est prévu en aval de l'étage de turbine à aubes de longueur non réduite où;îa pression est la plus faible (11; 33,31), un rotor de turbine à aubes raccourcies (12; 34,32) qui, depuis la paroi intérieure (8) du passage pour le flux gazeux, ne s'étend en travers de ce passage que sur une partie de la section de celui-ci. 2.- Turbomachine selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu une paroi intermédiaire annulaire (14; 36) qui entoure les têtes des aubes raccourcies du rotor de turbine (12; 34,32) et divise en un flux secondaire intérieur et un flux secondaire extérieur le flux sortant de l'étage de turbine qui est immédiatement en amont du rotor aux aubes raccourcies. 3.- Turbomachine selon la revendication 2, dans laquelle un second passage pour le flux gazeux entoure le passage défini entre les deux parois et s'étend au-delà de l'extrémité aval de celui-ci, caractérisée en ce qu'un dispositif mélangeur (16; 38) est disposé de façon à mélanger le flux sortant du second passage (10; 29) avec le flux secondaire extérieur. 4.- Turbomachine selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'elle est à double flux et double corps et en ce que le second passage est le passage de dérivation (29) qui contourne l'ensemble moteur intérieur (20,22, 24'.