Brevet FR2712629A1 — publié le 19950524

Organes munis de passages. La présente invention concerne la prévision de passages d'écoulement de fluides dans différents organes et notamment, bien que non exclusivement, la prévision de passages de refroidissement sur des organes de turbomachine à gaz, tels que des plateaux d'ailettes ou d'aubes de turbine. Les aubes et les palettes des turbines à écoulement axial de turbomachines à gaz comportent habituellement des plateaux radialement intérieurs et parfois extérieurs, qui servent à définir partiellement les parois du passage de gaz annulaire à travers la turbine. Les gaz qui traversent la turbine sont généralement très chauds et il est, par conséquent parfois nécessaire de prévoir un refroidissement des plateaux afin de leur éviter des dégâts dûs à la chaleur. Une façon par laquelle le refroidissement peut être réalisé consiste à faire passer un écoulement d'air frais, qui a été dérivé du compresseur du moteur, à travers des passages prévus à l'intérieur des plateaux. Le problème posé par cette technique est la difficulté qui est habituellement rencontrée lors de la fabrication de plateaux qui comportent de tels passages de refroidissement. Si les trous sont réalisés par perçage, des tolérances serrées sont appliquées sur leur taille et leur configuration. Les techniques de moulage autorisent une plus grande latitude en ce qui concerne la configuration des passages de refroidissement mais nécessitent habituellement l'utilisation de moules et de noyaux compliqués et coûteux. Une autre méthode de fabrication consiste à réaliser le plateau en deux parties avec le dessin du passage de refroidissement usiné ou moulé sous forme de canaux dans l'une des parties. Les parties de plateau sont alors brasées ou liées ensemble d'une autre façon de manière à coopérer pour définir les passages. La difficulté avec cette technique est d'assurer qu'il y a une zone de contact adéquate entre les parties de plateau pour réaliser le brasage, ou autres formes de liaison,efficace . I1 existe d'autres organes qui sont exposés à des environnements froids, et des échangeurs de chaleur, qui nécessitent des passages d'écoulement de fluide internes pour l'écoulement d'un fluide de chauffage. La construction de ces organes pose des problèmes similaires à ceux mentionnés ci-avant. Le but de la présente invention est de fournir des passages d'écoulement de fluide à l'intérieur d'organes tels que, par exemple, des aubes ou ailettes de turbine qui réduisent effectivement les problèmes mentionnés ciavant. Selon la présente invention, dans un organe comprenant deux parties coopérant ensemble et au moins une cale intercalée entre ces parties, et reliée à ces dites parties la cale est munie sur ses faces opposées de canaux, chaque canal s'étend seulement sur une partie de sa face respective, les canaux sont reliés entre eux de telle sorte que chaque canal communique avec un canal sur la face opposée de la cale, les canaux coopèrent avec les parties pour définir des passages d'écoulement de fluide comportant des orifices d'entrée et des orifices de sortie de l'écoule- ment de fluide, et, en fonctionnement, chaque passage d'é- coulement de fluide dirige un écoulement de fluide de son orifice d'entrée, en échange de chaleur successif avec chacune des parties, avant son évacuation de cet organe par l'orifice de sortie de l'écoulement de fluide. De toute façon l'invention sera bien comprise et d'autres caractéristiques seront mises en évidence à l'aide de la description qui suit en référence au dessin schématique annexé en représentant un exemple de réalisation Figure 1 est une vue en coupe latérale d'une partie d'une turbomachine à soufflante carénée comprenant une aube de turbine selon la présente invention; Figure 2 est, à échelle agrandie, une vue de détail d'une partie de la turbine de la turbomachine à soufflante carénée de la figure 1, montrant une aube de turbine selon la présente invention, Figure 3 est une vue en coupe latérale du plateau radialement intérieur de l'aube de turbine montrée à la figure 2, Figure 4 est une vue en coupe selon la ligne A-A de figure 3. En référence à la figure 1, une turbomachine à gaz à soufflante carénée, indiquée par la référence générale (10), comprend montées en série dans le sens d'écoulement axial du fluide, une soufflante carénée (11), une section compresseur (12), une installation de combustion (13), une section turbine (14) et une tuyère de propulsion (15). Le moteur (10) fonctionne de façon classique avec l'air comprimé par la soufflante carénée (11) et divisé en deux écoulements. Le premier écoulement est dirigé à travers des aubes directrices de sortie (16) afin de fournir une poussée propulsive tandis que le second est dirigé dans la section compresseur (12) où il est comprimé encore plus. Cet air comprimé est ensuite dirigé vers l'installation de combustion (13) où il est mélangé avec le carburant et où le mélange est brûlé afin de fournir les gaz chauds qui se détendent à travers la section turbine (14) et sont évacués vers l'atmosphère par la tuyère (15) pour fournir la poussée propulsive. La section turbine (14) est reliée à la section compresseur (12) et à la soufflante carénée (11) au moyen d'arbres (17). La section turbine (14) comprend un arrangement annulaire d'aubes directrices de tuyère (18) qui est situé immédiatement en aval de l'installation de combustion (13). Chaque aube directrice de tuyère, dont l'une est représentée plus clairement à la figure 2, comprend deux parties à profil d'aile et des plateaux radialement internes et externes (21) et (22). Les plateaux (21) et (22) servent à définir les limites radialement interne et externe d'une partie du passage de gaz (23) à travers la partie turbine (14). Le plateau radialement intérieur (21) qui est montré plus précisément dans la figure 3, est constitué de deux parties de plateau (24,25) entre lesquelles est intercalée une cale (26) La surface radialement externe (27 de la partie de plateau (24) est exposée à l'écoulement de gaz chauds qui, en fonctionnement, s'écoulent à travers le passage des gaz (23) de la turbine. Cependant, la partie de plateau radialement interne (25) est exposée à un écoulement d'air de refroidissement qui est dérivé de la section compresseur (12). L'air s'écoule dans la direction indiquée par les flèches (28) dans les deux figures 2 et 3, pour passer dans les ouvertures (29) ménagées dans la partie amont par rapport à l'écoulement du gaz par le passage de gaz (23) de la partie de plateau radialement interne (25). Les ouvertures (29) fournissent à l'air de refroidissement l'accès à la cale (26). La cale (26) est photogravée par des techniques conventionnelles pour définir à l'intérieur de celle-ci une pluralité de canaux (30). Cependant, d'autres techniques pourraient être employées si désiré, pour définir les canaux. Les canaux (30) qui peuvent être vus plus facilement sur la figure 4, sont ménagés dans les deux faces de la cale (26). Aucun des canaux (30) ne s'étend sur la totalité de la surface dans laquelle il est situé. Au lieu de celà, chaque canal se termine à côté de l'extrémité d'un canal (30) sur la face opposée de la cale (26). La profondeur de chaque canal (30) est légèrement supérieure à la moitié de l'épaisseur de la cale (26), de sorte qu'en positionnant les canaux (30) de cette façon, on est certain que chaque canal (30) communique avec un canal (30) formé Sur la face opposée de la cale à l'endroit où ces deux canaux se recouvrent. Les canaux (30) sont alignés essentiellement parallèlement et côte à côte, comme montré dans la figure 4, de façon à coopérer avec les parties de plateau (24) et (25) pour définir des passages d'air de refroidissement (31) qui s'étendent d'un bout à l'autre du plateau (21) et se terminent par des orifices de sortie (32) sur le bord aval (33) du plateau (21). Les passages d'air de refroidissement (31) sont, ainsi que le montre la figure 3, définis par des canaux (30) qui coopèrent alternativement avec les parties de plateau radialement interne et externe (24) et (25). Ceci étant, l'air de refroidissement qui entre dans le plateau (21) par les ouvertures (29) est, ainsi que le montrent les flèches indiquant l'écoulement d'air de refroidissement, en relation d'échange de chaleur successivement avec chacune des parties de plateau (24) et (25) avant d'être évacué par les orifices de sortie (32). De ce fait, le refroidissement du plateau (22) est réalisé, ce qui diminue l'effet sur celui-ci des gaz chauds qui, en fonctionnement, s'écoulent par le passage de gaz (23). Avantageusement, d'autres écoulements d'air de refroidissement pourraient être employés, si désiré. Par exemple, les ouvertures (29) pourraient être situées dans la partie aval de la partie de plateau radialement interne (25) et les orifices de sortie pourraient être situés sur la partie amont de la surface radialement externe (27) de la partie de plateau (24). Un tel arrangement fournirait un certain degré de refroidissement en couche de la surface radialement externe (27) de la partie de plateau (24). La disposition des canaux (30) dans la cale (26) assure que de larges zones continues, s'étendant périphériquement, de la cale (26) sont en contact avec les parties de plateau (23) et (24). Cela fournit également de larges zones pour le brasage ou d'autres formes de liaison entre la cale (26) et les parties de plateau (24) et (25). L'intégrité mécanique du plateau (24) est de ce fait plus élevée qu'elle ne l'aurait été si les canaux avaient été ménagés dans un côté de la cale (26) ou dans une des parties de plateau (24,25). Avec une telle disposition seules de minces bandes de surfaces, se trouvant en visà-vis entre les canaux, seraient disponibles pour le brasage. Bien que la présente invention ait été décrite en référence au plateau radialement intérieur d'une aube de turbine, elle pourra bien évidemment être appliquée à des plateaux radialement extérieurs d'aubes, si ceux-ci devaient nécessiter un refroidissement et elle peut être appliquée de façon générale à des ailettes tournantes aussi bien qu'à des aubes fixes. En outre, cette invention peut être utilisée pour fournir des canaux de refroidissement dans la partie à profil d'aile de l'aube ou de l'ailette, en réalisant la partie à profil d'aile à partir de deux ou plusieurs parties qui sont brasées ou liées à une ou plusieurs cales pour fournir les passages de refroidissement. Dans encore une autre disposition, la partie à profil d'aile peut être réalisée à partir d'un élément de support central, définissant une partie, d'une ou plusieurs peaux métalliques qui recouvrent le centre et d'une cale, qui définit les passages de refroidissement, logée entre l'élément de support et la peau. L'invention peut être appliquée à n'importe quel organe qui est exposé à un fluide de chauffage ou de refroidissement et qui doit être respectivement refroidi ou réchauffé. De tels organes peuvent être constitués par exemple par des parties de fours qui nécessitent un refroidissement, des parties d'échangeurs de chaleur, qui doivent être réchauffées ou refroidies, des chambres de combustion de turbine à gaz, des carters de turbomachine à gaz qui peuvent nécessiter un réchauffage etou un refroidissement pour maintenir les jeux d'extrémité. Lorsqu'ils sont appliqués à d'autres organes, les canaux d'écoulement de fluide peuvent être prévus dans l'organe à un endroit approprié en fabriquant l'organe en deux parties qui sont brasées. L'interface entre les parties n'a pas besoin d'être plan et peut suivre des contours variés, pourvu que la cale soit assez souple pour épouser le contour sans endommager ou boucher les canaux et que les surfaces se faisant face des deux parties soient complémentaires l'une de l'autre. -REVENDICATIONS 1. - Organe formé de deux parties (24),(25) coopérant ensemble et d'au moins une cale intercalée entre ces deux parties et liée à elles, caractérisé en ce que la cale (26) est munie sur ses faces opposées, de canaux (30), en ce que chaque canal (30) s'étend seulement sur une partie de sa face respective, en ce que les canaux (30) sont reliés entre eux de telle sorte que chaque canal (30) communique avec un canal (30) formé sur la face opposée de la cale (26), en ce que les canaux coopèrent avec les parties (24), (25) pour définir des passages d'écoulement de fluide (31) comportant des orifices d'entrée (29) et des orifices d'entrée (29)et des orifices de sortie (32) de l'écoulement de fluide, et en ce que, en fonctionnement, chaque passage d'écoulement de fluide dirige un é- coulement de fluide à partir de son orifice d'entrée (29), de façon qu'il soit en échange de chaleur successivement avec chacune des parties (24), (25), avant son évacuation de cet organe par l'orifice de sortie (32) de l'écoulement de fluide. 2. - Organe selon la revendication 1, caractérisé en ce que les canaux (30) formés dans chaque face de la cale (26) sont disposés côte à côte. 3. - Organe selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les canaux (30) sont disposés de façon à être généralement parallèles les uns aux autres. 4. - Organe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les orifices d'entrée (29) et de sortie (32) de l'écoulement de fluide sont positionnés respectivement dans les régions en amont et en aval de l'ailette ou de l'aube, considéré par rapport à la direction de l'écoulement de fluide auquel cette ailette ou aube est exposée en cours de fonctionnement. 5. - Organe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les canaux (30) sont réalisés par photogravure dans les faces de la cale (26). 6. - Organe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cale (26) est liée par brasage aux parties (21,22).