Brevet FR2929640A1 — publié le 20091009

B09-1165FR Société dite : GENERAL ELECTRIC COMPANY Distributeur à aubage profilé contenant un passage profilé Invention de : SCHOTSCH Margaret Jones GILL Randall STEVENS Peter LEO David SEYMOUR John Priorité d'une demande de brevet déposée aux Etats-Unis d'Amérique le 3 avril 2008 sous le n° 12/062.123 Distributeur à aubage profilé contenant un passage profilé La présente demande porte sur un passage profilé usiné pour le refroidissement du bord de fuite (BF) d'un aubage profilé et, plus particulièrement, sur un passage profilé usiné pour le refroidissement du BF d'un aubage profilé, dans lequel le passage profilé a une forme qui ressemble à celle du BF de l'aubage profilé. On a récemment constaté qu'un passage qui s'étend à travers un bord de fuite (BF) d'un aubage profilé de distributeur peut servir au refroidissement du BF pendant l'utilisation de l'aubage profilé dans, par exemple, un moteur à turbine. Le processus de refroidissement comporte la circulation forcée d'un agent de refroidissement, tel que de l'eau ou de la vapeur à haute pression, dans le passage. Cependant, la conception du distributeur implique ordinairement des températures élevées qui échauffent le BF et nécessitent par conséquent que le BF ait des parois minces pouvant être refroidies de l'intérieur de l'aubage profilé. De la sorte, la combinaison de la paroi mince nécessaire, des températures extérieures élevées et de la forte pression intérieure nécessite que le passage de refroidissement de BF soit très petit et que les parois du passage de refroidissement de BF aient certaines dimensions et épaisseurs. Bien qu'une technique de moulage soit généralement employée pour fabriquer le passage de BF de l'aubage profilé d'un distributeur, le moulage ne peut pas former d'une manière fiable le passage de BF aux petites dimensions qui peuvent être nécessaires pour de bonnes performances du distributeur et de l'aubage profilé du distributeur. Ainsi, les procédés par moulage sont expérimentaux pour les petits passages des BF et s'accompagnent de problèmes inhérents liés au maintien de l'épaisseur de leurs parois. Selon un aspect de l'invention, il est proposé un distributeur qui comprend un aubage profilé comportant une surface de pression et une surface d'aspiration qui sont réunies à des extrémités sensiblement opposées dans le sens de leur corde pour former un bord d'attaque de l'aubage profilé et un bord de fuite de l'aubage profilé, et une partie formant paroi de l'aubage profilé pour définir un passage de bord de fuite s'étendant à travers l'aubage profilé à proximité du bord de fuite à travers lequel peut passer un agent de refroidissement, la partie formant paroi ayant une épaisseur sensiblement uniforme de telle sorte que le bord de fuite de l'aubage profilé est défini avec une forme profilée qui épouse celle du bord de fuite. Selon, un autre aspect de l'invention, il est proposé un distributeur qui comprend au moins une paire de plates-formes opposées et au moins un aubage profilé disposé entre les plates-formes de chaque paire, chaque aubage profilé comportant une paroi ayant une surface de pression et une surface d'aspiration qui se réunissent à des extrémités sensiblement opposées dans le sens de la corde de l'aubage profilé afin de former un bord d'attaque de l'aubage profilé et une partie de la paroi pour définir un passage de bord de fuite s'étendant à travers l'aubage profilé à proximité du bord de fuite à travers lequel peut s'écouler un agent de refroidissement, la partie de la paroi ayant une épaisseur sensiblement uniforme de façon que le bord de fuite de l'aubage profilé soit défini avec une forme profilée qui épouse celle du bord de fuite. Avantageusement, les matières moulées des plates-formes opposées et les matières moulées de l'aubage profilé sont conçues pour être combinées d'une seule pièce les unes avec les autres. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels les mêmes repères représentent des parties identiques sur tous les dessins, et sur lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe d'un aubage profilé de distributeur selon un exemple de forme de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe d'un bord de fuite d'un aubage profilé selon un exemple de forme de réalisation de l'invention ; et - les figures 3A, 3B et 3C illustrent un procédé de formation du passage de bord de fuite selon un exemple de forme de réalisation de l'invention. En référence à la figure 1, un segment 1 de distributeur d'une turbine ou autre machine comprend un aubage profilé 10 disposé entre des sections de parois latérales intérieure et extérieure 20 et 30 globalement en regard l'une de l'autre. Bien que cela ne soit pas représenté, il est entendu que le segment 1 de distributeur peut constituer l'un d'une pluralité de segments 1 de distributeur organisés en une série de ceux-ci autour d'un axe pour former, par exemple, un étage de distributeur d'une turbine, les parois latérales intérieure et extérieure 20 et 30 constituant respectivement des parties des bandes intérieure et extérieure de l'étage de distributeur. Il est également entendu que, bien qu'un seul aubage profilé 10 soit représenté entre les parois latérales intérieure et extérieure 20 et 30, que deux ou plus de deux aubages profilés 10 peuvent être disposés entre les parois latérales intérieure et extérieure 20 et 30. Comme représenté sur la figure 1, l'aubage profilé 10 comporte une surface de pression 12 et une surface d'aspiration 11 sur des surfaces opposées de l'aubage profilé 10. La surface de pression 12 et la surface d'aspiration 11 se réunissent à des extrémités sensiblement opposées de l'aubage profilé, dans le sens de la corde (cf. la ligne de corde W des figures 1 et 3A) pour former un bord d'attaque 14 et un bord de fuite 13 de l'aubage profilé 10. Par ailleurs, l'aubage profilé est arqué autour d'un axe radial du distributeur 1, l'axe radial étant défini comme s'étendant sensiblement parallèlement au bord de fuite 13. Ici, la surface de pression 12 a l'envergure de l'extérieur de l'arc tandis que la surface d'aspiration 11 a l'envergure de l'intérieur de l'arc. Les parois latérales intérieure et extérieure 20 et 30 possèdent des cavités internes, respectivement 21 et 31. De même, l'aubage profilé 10 a une section principale 40 de cavité interne et un passage 50 de bord de fuite définis à l'intérieur de celui-ci. Alors que le passage 50 de bord d'attaque est un système unique, la section principale 40 de cavité interne peut en outre comporter environ six cavités internes 41, 42, 43, 44, 45 et 46. Ici, les cavités internes 41-46 et le passage 50 de bord de fuite peuvent comporter chacun une entrée 51 et une sortie 52 (représentées sur la figure 1 pour le passage 50 de bord de fuite), qui pourraient permettre aux cavités internes 41-46 et au passage 50 de bord de fuite de communiquer avec les cavités internes 21 et 31 des parois latérales intérieure et extérieure 20 et 30. Evidemment, il est entendu qu'il n'est pas nécessaire que toutes les cavités internes 41-46 soient conçues de cette manière. A cet égard, les cavités internes 41-46 et le passage 50 de bord de fuite peuvent présenter chacun une voie de passage pour permettre à un agent de refroidissement tel que de la vapeur ou de l'eau de circuler entre les cavités internes 21 et 31 des parois latérales intérieure et extérieure 20 et 30. Ces voies de passage peuvent contenir ou non des générateurs de tourbillons en fonction des caractéristiques d'écoulement souhaitées. L'agent de refroidissement refroidit l'aubage profilé 10 et les parois latérales intérieure et extérieure 20 et 30, qui sont exposés à de hautes températures pendant le fonctionnement du segment 1 de distributeur. Considérant maintenant les figures 1 et 2, on notera que le bord de fuite 13 de l'aubage profilé 10 se trouve au niveau de la partie la plus mince de l'aubage profilé 10 et que le passage 50 de bord de fuite épouse une forme du bord de fuite 13, de telle sorte qu'une épaisseur de paroi de la surface de pression 12 et de la surface d'aspiration 11 soit sensiblement constante. Ainsi, au moins des parties de la surface de pression 1 2 , de la surface d'aspiration I l et du bord de fuite 13 ont chacune des épaisseurs de parois d'environ 0,104 (+/- 0,03) cm à environ 0,155 (+/- 0,02) cm. Plus précisément, on notera que l'épaisseur d'une paroi peut être mesurée en des points correspondant à des épaisseurs Ti, T2 et T3 de l'aubage profilé 10 sur ou à proximité du bord de fuite 13 et au niveau de diverses sections transversales de l'aubage profilé 10. De telles mesures, en centimètres, ont été effectuées pour des exemples de formes de réalisation 1 et 2 pour des sections transversales A-I de la figure 1 et ont donné les valeurs ci-dessous : Section T1 (+/- 0,03) T2 (+/- 0,03) T3 (+/- 0,02) F. de F. de F. de F. de F. de F. de réal. réal. réal. réal. réal. réal. 1 2 1 2 1 2 i A 0,122 0,119 0,145 0,117 0,147 0,127 B 0,117 0,122 0,145 0,130 0,147 0,130 Î 0,124 0,145 0,132 0,155 0,132 C 0,117 D 0, 1 1 7 0,130 0,150 0,124 0,147 0,132 E 0,112 0,130 0,145 0,124 0,147 0,135 F 0,112 0,132 0,150 0,122 0,150 0,132 G 0,109 0,130 0,150 0,122 0,150 0,132 H 0,104 0,132 0,145 0,124 0,152 0,135 1 0,124 0,127 0,137 0,124 0,152 0,135 Ainsi, la partie de la paroi le long de la surface d'aspiration 1 1 a une épaisseur Ti de paroi d'environ 0,104 (+/- 0,03) cm à environ 0,132 10 (+/- 0,03) cm, la partie de la paroi le long de la surface de pression 12 a une épaisseur T2 de paroi d'environ 0,117 (+1- 0,03) cm à environ 0,150 (+/- 0,03) cm et la partie de la paroi autour du bord de fuite 13 a une épaisseur T3 de paroi d'environ 0,127 (+/- 0,02) cm à environ 0,155 (+/-0,02) cm. 15 Toujours en référence à la figure 2, on notera qu'une épaisseur T4 d'une partie intérieure de l'aubage profilé 10 entre le passage 50 de bord de fuite et une cavité interne adjacente 46 est maintenue sensiblement constante sur l'envergure de l'aubage profilé 10. Ainsi,5 dans une forme de réalisation de l'invention, l'épaisseur T4 est d'environ 0,251 (+/- 0,03) cm à environ 0,284 (+/- 0,03) cm. En référence aux figures 3A-3C, selon un autre aspect de l'invention, un procédé de formation d'un passage 50 de bord de fuite pour permettre un refroidissement d'un bord de fuite 13 d'un aubage profilé 10 comprend le moulage d'un corps d'un aubage profilé 10 avec un bord de fuite 13 et l'aplatissement temporaire de l'aubage profilé 10, par exemple dans une direction perpendiculaire à une direction de corde (suivant la ligne W des figures 1 et 3A) de l'aubage profilé 10 et en opposition à un arc de l'aubage profilé. Un trou pilote 70 représenté sur la figure 3B est ensuite percé dans une zone de l'aubage profilé 10 très proche du bord de fuite 13. Ici, le trou pilote 70 peut être percé, par exemple, par un procédé de perçage électrochimique (ECM). Une fois que le trou pilote 70 est percé, un fil électrode pour usinage par électroérosion (UEE) est inséré dans le trou pilote 70. Le fil électrode pour UEE est ensuite enfilé dans le trou pilote 70 afin d'enlever du corps de l'aubage profilé 10 la matière présente autour du trou pilote 70. Cette opération forme le passage 50 de bord de fuite, comme représenté sur la figure 3C, sous la forme d'un passage profilé dont la forme épouse la forme du bord de fuite 13. Une fois que le passage 50 de bord de fuite est formé, la pression requise pour aplatir temporairement l'arc de l'aubage profilé 10 est relâchée. Selon diverses formes de réalisation de l'invention, le moulage peut comporter la formation de cavités internes 41-46 à l'intérieur de l'aubage profilé 10 et la formation de cavités internes 21 et 31 à l'intérieur des parois latérales intérieure et extérieure 20 et 30. De plus, une fois que les cavités internes 41-46 et le passage 50 de bord de fuite sont formés, on vérifie le niveau du débit d'air dans les cavités internes 41-46 et le passage 50 de bord de fuite. LISTE DES REPERES 1 Segment de distributeur 10 Aubage profilé W Ligne de corde 11 Surface d'aspiration 12 Surface de pression 13 Bord de fuite 14 Bord d'attaque 20 Paroi latérale intérieure 21 Cavités internes 30 Paroi latérale extérieure 31 Cavités internes 40 Cavité interne principale 41-46 Six cavités internes 50 Passage de bord de fuite 51 Entrée 52 Sortie Tl, T2, T3, T4 Epaisseurs 70 Trou pilote REVENDICATIONS1. Distributeur (1) comprenant : un aubage profilé (10) comprenant une surface de pression (12) et une surface d'aspiration (11) qui se réunissent en des extrémités sensiblement opposées de celles-ci dans le sens de la corde pour former un bord d'attaque (14) de l'aubage profilé (10) et un bord de fuite (13) de l'aubage profilé (10) ; et une partie formant paroi de l'aubage profilé (10) pour définir un passage (50) de bord de fuite s'étendant à travers l'aubage profilé (10) à proximité du bord de fuite (13), par lequel peut s'écouler un agent de refroidissement, la partie formant paroi ayant une épaisseur sensiblement uniforme de sorte que le bord de fuite (13) de l'aubage profilé (10) soit défini avec une forme profilée qui épouse celle du bord de fuite (13). 2. Distributeur selon la revendication 1, dans lequel le bord de fuite (13) de l'aubage profilé (10) se trouve au niveau de la partie la plus mince de l'aubage profilé (10). 3. Distributeur selon la revendication 2, dans lequel le passage (50) de bord de fuite a une forme d'un passage profilé dont la forme 20 épouse la forme du bord de fuite (13) de l'aubage profilé (10). 4. Distributeur (1) comprenant : au moins une paire de plates-formes opposées ; et au moins un aubage profilé (10) disposé entre les plates-formes de chaque paire, chaque aubage profilé (10) comprenant : 25 une paroi ayant une surface de pression (12) et une surface d'aspiration (11) qui se réunissent à des extrémités sensiblement opposées dans le sens de la corde de l'aubage profilé (10) afin de former un bord d'attaque (14) de l'aubage profilé (10) et un bord de fuite (13) de l'aubage profilé (10), et 30 une partie de la paroi servant à définir un passage (50) de bord de fuite s'étendant à travers l'aubage profilé (10) à proximité du bord de fuite (13), par lequel peut s'écouler un agent de refroidissement, la partie de la paroi ayant une épaisseur sensiblement uniforme de façonque le bord de fuite (13) de l'aubage profilé (10) soit défini avec une forme profilée qui épouse celle du bord de fuite (13). 5. Distributeur selon la revendication 4, dans lequel les plates-formes opposées sont respectivement constituées par des sections d'une paroi latérale intérieure (20) et d'une paroi latérale extérieure (30) du distributeur (1). 6. Distributeur selon la revendication 4, dans lequel la partie de la paroi s'étend le long de parties respectives de la surface d'aspiration (11) et de la surface de pression (12) et autour du bord de fuite (13). 7. Distributeur selon la revendication 4, dans lequel le bord de fuite (13) de l'aubage profilé (10) se trouve au niveau de la partie la plus mince de l'aubage profilé (10). 8. Distributeur selon la revendication 7, dans lequel le passage (50) de bord de fuite a une forme d'un passage profilé dont la forme épouse la forme du bord de fuite (13) de l'aubage profilé (10). 9. Distributeur selon la revendication 4, dans lequel les plates-formes opposées sont constituées chacune par des matières moulées, et dans lequel l'aubage profilé (10) est constitué de matières moulées dans lesquelles est usiné le passage (50) de bord de fuite. 10. Distributeur selon la revendication 9, dans lequel les matières moulées des plates-formes opposées et les matières moulées de l'aubage profilé (10) sont conçues pour être combinées d'une seule pièce les unes avec les autres.25