Brevet FR2864990A1 — publié le 20050715

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général des aubes de turbomachine, et plus particulièrement aux fentes d'évacuation de l'air de refroidissement situées sur le bord de fuite d'aubes mobiles d'une turbine haute-pression de turbomachine. Les aubes d'une turbine haute-pression de turbomachine sont soumises aux températures très élevées des gaz issus de la chambre de combustion et qui traversent la turbine haute-pression. Ces températures atteignent des valeurs largement supérieures à celles que peuvent supporter sans dommages les aubes qui sont en contact avec ces gaz, ce qui a pour conséquence de limiter leur durée de vie. Afin de limiter les dommages causés par ces gaz chauds sur les aubes, il est connu de munir ces aubes de circuits de refroidissement internes visant à réduire la température de ces dernières. Grâce à de tels circuits, de l'air de refroidissement, qui est généralement introduit dans l'aube par son pied, traverse celle-ci en suivant un trajet formé par des cavités pratiquées dans l'aube avant d'être éjecté par des fentes s'ouvrant à la surface de l'aube, entre le pied et le sommet de celle-ci. Or, dans la pratique, on constate que la fente la plus proche du pied de l'aube est mal refroidie. En effet, des criques ont tendance à se former sur le bord de fuite de l'aube, au niveau de la fente la plus proche du pied de l'aube. De telles criques compromettent la durée de vie de l'aube en diminuant notamment leur tenue mécanique. La figure 4 illustre l'emplacement de telles criques. Cette figure est une vue partielle et en perspective d'une aube mobile 100 de turbine haute-pression. L'aube 100 comporte une surface aérodynamique 102 qui est reliée au niveau du pied d'aube 104 à une plate-forme 106 par l'intermédiaire d'une zone de raccordement 108. La surface aérodynamique 102 de l'aube s'étend axialement entre un bord d'attaque (non représenté sur la figure 4) et un bord de fuite 110. Afin d'assurer le refroidissement de l'aube 100, de l'air parcourt celle-ci en suivant un trajet formé par des cavités (non représentées) pratiquées dans l'aube avant d'être évacué par des fentes d'évacuation 112 s'ouvrant à la surface aérodynamique 102 de l'aube, au niveau de son bord de fuite 110. Chaque fente d'évacuation 112 est notamment formée d'une paroi latérale 114 munie d'une ouverture (non représentée) s'ouvrant dans les cavités parcourues par l'air de refroidissement. Chaque fente comporte également une paroi en renfoncement 116 s'étendant entre la paroi latérale 114 et le bord de fuite 110 de l'aube, un rebord supérieur 118 et un rebord inférieur 120 qui s'étendent entre la paroi en renfoncement 116 et la surface aérodynamique 102 de l'aube. Dans la pratique, on constate qu'une ou plusieurs criques 122 (une seule est représentée sur la figure 4) se forment au niveau de la première fente d'évacuation 112a qui est la fente la plus proche de la plate-forme 106. Plus précisément, les criques 122 se forment au niveau de la paroi en renfoncement 116 de la première fente 112a et se propagent axialement depuis le bord de fuite 110 de l'aube vers la paroi latérale 114. De telles criques résultent principalement d'une forte concentration de contraintes mécaniques au niveau de la première fente 112a qui sont engendrées notamment par le rebord inférieur 120 de cette première fente. Un risque existe que de telles criques se propagent sur toute la surface aérodynamique 102 de l'aube, limitant ainsi sa durée de vie. Afin de limiter l'apparition de ces criques, le brevet US 6,062,817 prévoit de supprimer partiellement le rebord inférieur de la fente d'évacuation la plus proche de la plate-forme de sorte que la paroi en renfoncement de cette fente s'étend radialement en partie entre le rebord supérieur et la plate-forme de l'aube. Cette solution est toutefois insuffisante. En effet, la fente la plus proche de la plate-forme de l'aube de ce brevet comporte toujours des arêtes vives au niveau de son rebord inférieur. Le changement brusque d'épaisseur qui en résulte entraîne un mauvais écoulement de l'air de refroidissement évacué par cette fente. L'air évacué ne permet alors plus de refroidir la zone de raccordement entre la plate-forme et le pied de l'aube et des criques particulièrement préjudiciables à la durée de vie de l'aube apparaissent au niveau de cette zone. Objet et résumé de l'invention La présente invention vise donc à pallier de tels inconvénients en proposant une aube de turbine dont la fente la plus proche de plate-forme d'aube présente une géométrie permettant à la fois d'éviter la formation de criques et d'assurer un refroidissement de la zone de raccordement entre la plate-forme et le pied d'aube. A cet effet, il est prévu une aube de turbine de turbomachine, comportant une surface aérodynamique s'étendant radialement entre un pied d'aube et un sommet d'aube et axialement entre un bord d'attaque et un bord de fuite, une plate-forme reliée au pied de l'aube par une zone de raccordement, et au moins un circuit de refroidissement composé d'au moins une cavité s'étendant radialement entre le sommet et le pied d'aube, d'au moins une ouverture d'admission d'air à une extrémité radiale de la ou les cavités, et d'une pluralité de fentes d'évacuation aménagées le long du bord de fuite entre le pied et le sommet d'aube, chaque fente d'évacuation étant formée d'une paroi latérale munie d'une ouverture s'ouvrant dans la ou les cavités, d'une paroi en renfoncement, d'un rebord supérieur disposé du côté du sommet d'aube et d'un rebord inférieur disposé du côté du pied d'aube, caractérisée en ce qu'au moins une partie du rebord inférieur de la fente d'évacuation la plus proche de la plate- forme présente une section droite de forme sensiblement arrondie de façon à supprimer toute angle saillant entre la paroi en renfoncement de ladite fente et la zone de raccordement entre la plate-forme et le pied d'aube. De la sorte, la forme arrondie de la section droite d'une partie du rebord inférieur de la fente d'évacuation la plus proche de la plate- forme évite toute formation de criques au niveau de la paroi en renfoncement de cette fente. Par ailleurs, grâce à cette forme arrondie, un film d'air de refroidissement se créé au niveau de la zone de raccordement entre la plate-forme et le pied d'aube afin de refroidir cette zone. La température de la zone de raccordement est donc abaissée. 2864990 4 La forme arrondie de la section droite du rebord inférieur de la fente d'évacuation la plus proche de la plate-forme est de préférence de forme convexe. De plus, l'aube, et notamment la forme arrondie de la section droite du rebord inférieur de la fente d'évacuation la plus proche de la plateforme, est avantageusement obtenue directement par moulage. L'invention vise également une turbine haute-pression de turbomachine équipée d'aubes telles que définies précédemment. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures: - la figure 1 est une vue en perspective d'une aube de turbine selon l'invention; - la figure 2 est une vue partielle et en perspective de l'aube de la figure 1 illustrant la géométrie de la fente la plus proche de la plate- 20 forme; - la figure 3 est une vue en coupe selon III-III de la figure 2; et - la figure 4 est une vue partielle et en perspective d'une aube de turbine selon l'art antérieur. Description détaillée d'un mode de réalisation La figure 1 représente en perspective une aube 10 de turbine, par exemple une aube mobile de turbine haute-pression d'une turbomachine. L'aube 10 est fixée sur un rotor de turbine (non représenté) par l'intermédiaire d'un emmanchement 12 généralement en forme de sapin. L'aube 10 se présente sous la forme d'une surface aérodynamique 14 qui s'étend radialement entre un pied d'aube 16 et un sommet d'aube 18 et axialement entre un bord d'attaque 20 et un bord de fuite 22. La surface aérodynamique 14 de l'aube définit ainsi l'intrados 14a et l'extrados 14b de l'aube. L'emmanchement 12 de l'aube 10 se raccorde au pied d'aube 16 au niveau d'une plate-forme 24 définissant une paroi pour la veine d'écoulement des gaz de combustion au travers de la turbine. La plate-forme 24 est reliée au pied d'aube 16 par une zone de raccordement 26. L'aube qui est soumise aux températures très élevées des gaz de combustion traversant la turbine nécessite d'être refroidie. A cet effet, et de façon connue en soi, l'aube 10 comporte un ou plusieurs circuits internes de refroidissement. Chaque circuit de refroidissement se compose d'au moins une cavité 28 s'étendant radialement entre le pied 16 et le sommet 18 d'aube. La cavité est alimentée en air de refroidissement à l'une de ses extrémités radiales par une ouverture d'admission d'air (non représentée). Cette ouverture d'admission d'air est généralement prévue au niveau de l'emmanchement 12 de l'aube 10. Afin d'évacuer l'air de refroidissement s'écoulant dans la cavité 28 des circuits de refroidissement, une pluralité de fentes 30 sont réparties le long du bord de fuite 22, entre le pied 16 et le sommet 18 d'aube. Ces fentes d'évacuation 30 s'ouvrent dans la cavité 28 et débouchent à l'intrados 14a de l'aube, au niveau de son bord de fuite 22. La figure 2 illustre plus précisément la géométrie des fentes 30 d'évacuation de l'air de refroidissement. Sur cette figure sont représentées une première fente d'évacuation 30a, qui est la fente la plus proche de la plate-forme 24, ainsi que trois autres fentes d'évacuation 30. Les fentes d'évacuation 30, 30a comportent chacune une paroi en renfoncement (ou en retrait) 32, un rebord (ou marche) inférieur 34, un rebord (ou marche) supérieur 36 et une paroi latérale 38 munie d'une ouverture (non représentée) s'ouvrant dans la cavité 28 du circuit de refroidissement. Par rebord inférieur, on entend le rebord qui est disposé du côté du pied d'aube 16. De même, par rebord supérieur, on entend le rebord qui est situé du côté du sommet d'aube 18. La paroi en renfoncement 32 s'étend radialement entre le rebord inférieur 34 et le rebord supérieur 36 et axialement entre la paroi latérale 38 et le bord de fuite 22 de l'aube. En outre, les rebords inférieur 34 et supérieur 36 s'étendent entre la paroi en renfoncement 32 et la surface aérodynamique 14 de l'aube. Cette géométrie particulière des fentes d'évacuation assure un guidage de l'air issu de la cavité du circuit de refroidissement et permet ainsi de refroidir le bord de fuite 22 de l'aube qui est la partie de l'aube la moins épaisse et donc la plus exposée aux températures élevées des gaz de combustion. Selon l'invention, au moins une partie du rebord inférieur 34 de la première fente d'évacuation 30a (c'est à dire la fente la plus proche de la plate-forme 24 de l'aube 10) présente une section droite de forme 40 sensiblement arrondie de façon à supprimer toute angle saillant entre la paroi en renfoncement 32 de cette première fente 30a et la zone de raccordement 26 entre la plate-forme 24 et le pied d'aube 16. Ainsi, toute formation de criques au niveau de la paroi en renfoncement 32 de la première fente d'évacuation 30a est évitée. La forme arrondie 40 de la section droite du rebord inférieur 34 de la première fente d'évacuation 30a qui est notamment illustrée sur la figure 3 est de préférence de forme convexe. Par ailleurs, la forme arrondie 40 présente une courbure qui est rayonnante dans toutes les directions. En comparaison, la section droite du rebord inférieur de la même fente pour une aube classique est représentée en pointillés sur la figure 3. On notera que cette forme arrondie 40 ne s'étend pas axialement sur toute la longueur du rebord inférieur 34 de la première fente 30a afin de conserver en partie la fonction de guidage de l'air issu de la cavité 28 du circuit de refroidissement et évacué par cette fente. Le raccordement entre la forme arrondie 40 et le rebord inférieur 34 de la première fente est également réalisé de façon à supprimer tout angle saillant au niveau de ce rebord inférieur. Toute discontinuité brutale d'épaisseur au niveau de la première fente 40a et de la zone de raccordement 26 est ainsi supprimée ce qui permet de créer un film de refroidissement au niveau de l'intrados 14a de la zone de raccordement 26. L'air de refroidissement issu de l'ouverture pratiquée dans la paroi latérale 38 de la première fente 30a vient donc lécher la zone de raccordement 26 afin d'en abaisser la température. Selon une caractéristique avantageuse, l'aube 10 selon l'invention, et notamment la forme arrondie 40 de la section droite du rebord inférieur 34 de la première fente d'évacuation 30a, est obtenue directement par moulage. A cet effet, l'aube est réalisée en coulant un métal dans un moule contenant un noyau céramique qui a notamment pour fonction de réserver un emplacement pour le circuit de refroidissement de l'aube (c'est à dire pour la cavité 28 et chaque fente d'évacuation 30, 30a). Afin d'obtenir directement en sortie de fonderie la forme arrondie 40 de la section droite du rebord inférieur 34 de la première fente d'évacuation 30a, le noyau céramique présente, au niveau de l'emplacement réservé à la première fente d'évacuation, une languette de forme complémentaire à la forme arrondie. Une fois le métal coulé dans le moule, l'aube est refroidie et le noyau céramique est retiré. Ainsi, il est possible de reproduire en série la même forme arrondie au niveau du rebord inférieur de la première fente d'évacuation. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, la paroi en renfoncement 32 de la fente d'évacuation 30a la plus proche de la plateforme 24 présente une inclinaison vers le sommet d'aube. Cette inclinaison (par exemple de l'ordre de 10 à 30 ), qui est notamment illustrée sur la figure 1, permet également d'augmenter le refroidissement de la zone de raccordement 26 entre la plate-forme 24 et le pied d'aube 16. De même, toujours afin d'améliorer le refroidissement de la zone de raccordement 26, l'ouverture pratiquée dans la paroi latérale 38 de la fente d'évacuation 30a la plus proche de la plate-forme 24 est de préférence formée essentiellement dans la zone de raccordement 26 entre la plate-forme 24 et le pied d'aube 16. REVENDICATIONS 1. Aube (10) de turbine de turbomachine, comportant: une surface aérodynamique (14) s'étendant radialement entre 5 un pied d'aube (16) et un sommet d'aube (18) et axialement entre un bord d'attaque (20) et un bord de fuite (22) ; une plate-forme (24) reliée au pied de l'aube (16) par une zone de raccordement (26) ; et au moins un circuit de refroidissement composé d'au moins une cavité (28) s'étendant radialement entre le sommet (18) et le pied d'aube (16), d'au moins une ouverture d'admission d'air à une extrémité radiale de la ou les cavités (28), et d'une pluralité de fentes d'évacuation (30, 30a) aménagées le long du bord de fuite (22) entre le pied et le sommet d'aube, chaque fente d'évacuation (30, 30a) étant formée d'une paroi latérale (38) munie d'une ouverture s'ouvrant dans la ou les cavités (28), d'une paroi en renfoncement (32), d'un rebord supérieur (36) disposé du côté du sommet d'aube et d'un rebord inférieur (34) disposé du côté du pied d'aube; caractérisée en ce qu'au moins une partie du rebord inférieur (34) de la fente d'évacuation (30a) la plus proche de la plate-forme (24) présente une section droite de forme (40) sensiblement arrondie de façon à supprimer toute angle saillant entre la paroi en renfoncement (32) de ladite fente (30a) et la zone de raccordement (26) entre ladite plate- forme (24) et le pied d'aube (16). 2. Aube selon la revendication 1, caractérisée en ce que la forme arrondie (40) de la section droite du rebord inférieur (34) de la fente d'évacuation (30a) la plus proche de la plate-forme (24) est de forme convexe. 3. Aube selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la paroi en renfoncement (32) de la fente d'évacuation (30a) la plus proche de la plate-forme (24) présente une inclinaison vers le sommet d'aube (18) . 4. Aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'ouverture de la paroi latérale (38) de la fente d'évacuation (30a) la plus proche de la plate-forme (24) est formée essentiellement dans la zone de raccordement (26) entre la plate-forme et le pied d'aube (16). 5. Aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle est obtenue par moulage. 6. Turbine haute-pression de turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comporte une pluralité d'aubes (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.