Brevet FR2938871A1 — publié le 20100528

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général des grilles d'aubes présentes dans une turbomachine, et en particulier mais non exclusivement aux roues mobiles de turbine basse-pression d'une turbomachine aéronautique. Les grilles d'aubes d'une turbomachine aéronautique peuvent être mobiles (s'agissant par exemple des roues mobiles d'un étage de compresseur ou de turbine) ou fixes (il en est ainsi par exemple du redresseur d'un étage de compresseur ou du distributeur d'un étage de turbine). Qu'elle soit fixe ou mobile, une grille d'aubes de turbomachine comporte une virole interne et une virole externe disposées coaxialement l'une à l'intérieur de l'autre de façon à définir un canal annulaire d'écoulement d'un flux gazeux traversant la grille d'aubes. Une pluralité d'aubes s'étendant radialement entre les viroles et raccordées à la virole interne par leur pied sont disposées dans le canal d'écoulement ainsi formé. De nombreux essais aérodynamiques ont été réalisés sur ces grilles d'aubes, en particulier sur les roues mobiles de turbine basse-pression, pour étudier l'écoulement du flux gazeux traversant celles-ci. Ces essais ont permis de mettre en évidence l'existence de phénomènes aérodynamiques secondaires générant des pertes au niveau des viroles internes et externes des grilles d'aubes. Une simulation numérique de ces pertes dites secondaires ont montré que celles-ci représentent jusqu'à 30% des pertes totales générées dans un étage d'une turbine basse- pression de turbomachine. Les pertes secondaires sont principalement dues à deux phénomènes. L'un de ces phénomènes est lié au fait que le flux gazeux formant les couches limite au niveau des viroles se scinde en deux lorsqu'il arrive au niveau du bord d'attaque d'une aube. Sous l'effet du fort gradient de pression qui règne dans le passage entre deux aubes adjacentes, un écoulement transversal au canal est alors généré au niveau du pied et de la tête de l'aube, le flux gazeux ainsi dévié étant dirigé vers la surface extrados de l'aube adjacente. L'autre phénomène provient du fait que les flux gazeux formant les couches limite possèdent un moment faible, de sorte qu'ils sont également soumis à un fort gradient de pression transversal qui les dirige vers l'extrados de l'aube adjacente. Ces deux phénomènes vont ainsi créer au niveau du passage entre deux aubes adjacentes de forts écoulements secondaires qui ne sont pas dirigés dans le sens principal d'écoulement du flux gazeux. Il en résulte l'apparition de tourbillons et de décollements au niveau des surfaces extrados des aubes à l'origine des pertes secondaires. Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant de diminuer les pertes secondaires générées au niveau des viroles d'une grille d'aubes de turbomachine. Ce but est atteint grâce à une grille d'aubes de turbomachine, comportant une virole interne et une virole externe disposées coaxialement l'une à l'intérieur de l'autre autour d'un axe longitudinal de la turbomachine de façon à définir un canal annulaire d'écoulement d'un flux gazeux, une pluralité d'aubes s'étendant radialement entre les viroles et raccordées à la virole interne par leur pied, chaque aube comportant une surface aérodynamique intrados et une surface aérodynamique extrados opposée circonférentiellement à la surface intrados, les surfaces aérodynamiques d'une aube s'étendant axialement entre un bord d'attaque et un bord de fuite de l'aube, caractérisée en ce que l'une au moins des viroles comporte des guides d'écoulement disposés circonférentiellement entre les aubes et s'étendant axialement chacun selon une direction sensiblement parallèle au squelette des aubes. Lorsque le flux gazeux traversant la grille d'aubes pénètre dans le passage entre deux aubes adjacentes, les couches limite se développant au niveau des viroles sont canalisées dans le sens principal d'écoulement du flux gazeux par les guides d'écoulement. La présence de ces guides d'écoulement permet ainsi de diminuer le � dérapage � des couches limite à l'origine des tourbillons. Il en résulte une diminution des pertes secondaires générées au niveau des viroles. La performance aérodynamique de la grille d'aubes s'en trouve améliorée. De préférence, les guides d'écoulement s'étendent radialement sur une hauteur correspondant sensiblement à 1% de la distance radiale séparant les viroles. Une telle hauteur correspond à l'épaisseur des couches limite se développant au niveau des viroles. Ainsi, les guides d'écoulement remplissent parfaitement leur fonction sans pour autant gêner l'écoulement de flux gazeux. De préférence encore, les guides d'écoulement s'étendent axialement entre le bord d'attaque et le bord de fuite des aubes. Les guides d'écoulement peuvent se présenter sous la forme de cannelures mâles faisant saillie radialement dans le canal d'écoulement du flux gazeux ou sous la forme de cannelures femelles pratiquées en creux dans la virole correspondante. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la grille d'aubes comporte en outre des guides supplémentaires d'écoulement disposés sur au moins l'une des surfaces aérodynamiques de chaque aube et s'étendant axialement chacun selon une direction sensiblement parallèle au squelette des aubes. Ces guides supplémentaires permettent de limiter les mouvements radiaux sur les aubes. En particulier, sur la surface extrados des aubes, les guides supplémentaires empêchent les mouvements de flux gazeux dans la direction opposée au canal. Sur la surface intrados, les guides supplémentaires empêchent les mouvements de flux gazeux vers le canal. De préférence, les guides supplémentaires d'écoulement s'étendent radialement depuis le pied de chaque aube jusqu'à une hauteur correspondant sensiblement au pas des aubes et axialement entre le bord d'attaque et le bord de fuite des aubes. Par ailleurs, les guides supplémentaires d'écoulement peuvent se présenter sous la forme de cannelures mâles faisant saillie par rapport aux surfaces aérodynamiques correspondantes des aubes ou sous la forme de cannelures femelles pratiquées en creux dans les surfaces aérodynamiques correspondantes des aubes. La virole interne peut être mobile en rotation autour de l'axe longitudinal de la turbomachine (cas d'une application de l'invention aux roues mobiles d'un étage de compresseur ou de turbine par exemple). Alternativement, les viroles interne et externe peuvent être fixes en rotation, les aubes étant également raccordées à la virole externe par leur tête (cas d'une application de l'invention à un redresseur d'un étage de compresseur ou un distributeur d'un étage de turbine par exemple). L'invention a également pour objet une turbomachine comportant au moins une grille d'aubes telle que définie 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 des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 est une vue partielle et en perspective d'une grille d'aubes selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue en développé de la grille d'aubes de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en coupe selon III-III de la figure 2 ; - la figure 4 est une partielle et en perspective d'une grille d'aubes mobiles selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 5 est une vue en coupe radiale de la grille d'aubes de la figure 4 ; et - la figure 6 est une vue partielle d'une grille d'aubes selon un troisième mode de réalisation de l'invention. Description détaillée de modes de réalisation Les figures 1 à 3 représentent de façon partielle une grille d'aubes de turbomachine selon un premier mode de réalisation de l'invention. Dans ce premier mode de réalisation, la grille d'aubes est une roue mobile 10 d'un étage de turbine basse-pression d'une turbomachine aéronautique. Bien entendu, l'invention s'applique indifféremment à tout type de grilles d'aubes d'une turbomachine, que ces grilles soient mobiles ou fixes en rotation. Par exemple, l'invention peut également s'appliquer aux roues mobiles de compresseur, aux redresseurs d'un compresseur ou encore aux distributeurs de turbine. De façon connue en soi, la roue mobile 10 d'une turbine basse-pression de turbomachine comporte une virole interne 12 et une virole externe 14 qui sont disposées coaxialement l'une à l'intérieur de l'autre autour d'un axe longitudinal 16 de la turbomachine. Ces viroles sont espacées radialement l'une de l'autre de façon à définir un canal annulaire 18 d'écoulement d'un flux gazeux traversant la turbine basse-pression. En outre, la virole interne 12 est mobile en rotation autour de l'axe longitudinal 16, tandis que la virole externe 14 est fixe. La roue mobile 10 comporte également une pluralité d'aubes 20 qui s'étendent radialement entre les viroles et qui sont raccordées à la virole interne 12 par leur pied respectif. Les aubes sont régulièrement réparties autour de l'axe longitudinal 16. L'espacement circonférentiel entre deux aubes adjacentes (également appelé � pas �) est donc sensiblement constant sur toute la circonférence de la roue mobile. Chaque aube 20 comporte une surface aérodynamique intrados 22 et une surface aérodynamique extrados 24 qui est opposée circonférentiellement à la surface intrados, ces surfaces aérodynamiques s'étendant axialement entre un bord d'attaque 26 et un bord de fuite 28 de l'aube. Pour chaque aube, on définit une ligne S dite � squelette de l'aube � (visible sur la figure 2) qui correspond au lieu géométrique des points des sections de l'aube situés à égale distance de la surface intrados 22 et de la surface extrados 24. Les aubes 20 sont disposées circonférentiellement sur la virole interne de façon à ce que les squelettes S soient disposés parallèlement les uns aux autres, que les bords d'attaque 26 soient alignés entre eux selon une direction circonférentielle et que les bords de fuite 28 soient alignés entre eux selon une autre direction circonférentielle. Dans ce premier mode de réalisation de l'invention, la virole interne 12 de la roue mobile comporte en outre des cannelures mâles 30 (ou rails) qui font chacune saillie radialement dans le canal 18 d'écoulement du flux gazeux. Ces cannelures mâles sont disposées circonférentiellement entre les aubes 20 et s'étendent axialement chacune selon une direction sensiblement parallèle au squelette S des aubes. Plus précisément comme représenté sur la figure 2, les cannelures mâles 30 sont courbées par rapport à l'axe longitudinal 16 de la turbomachine, leur courbure C étant sensiblement parallèle au squelette S des aubes. Dans l'exemple de réalisation des figures 1 à 3, trois cannelures mâles 30 sont disposées entre deux aubes adjacentes, ces cannelures mâles étant régulièrement espacées les unes des autres dans cet intervalle. Le nombre de cannelures mâles pourrait toutefois être différent, étant noté qu'au moins deux cannelures mâles sont de préférence disposées entre chaque paire d'aubes adjacentes. Avantageusement, les cannelures mâles 30 s'étendent radialement sur une hauteur correspondant à environ 1% de la distance radiale séparant la virole interne 12 de la virole externe 14. Cette hauteur correspond sensiblement à l'épaisseur de la couche limite de flux gazeux se développant au niveau de la virole interne. Avantageusement encore, les cannelures mâles 30 s'étendent axialement en continu entre le bord d'attaque 26 et le bord de fuite 28 des aubes. Les cannelures mâles 30 forment ainsi des guides d'écoulement aérodynamique pour le flux gazeux s'écoulant au travers du canal 18. A l'aide de ces cannelures mâles, la couche limite de flux gazeux se développant au niveau de la virole interne 12 de la roue mobile est canalisée dans le sens principal d'écoulement du flux gazeux traversant cette roue mobile. Les figures 4 et 5 représentent une roue mobile 10' d'une turbine basse-pression de turbomachine selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Par rapport au premier mode de réalisation, les guides d'écoulement de ce deuxième mode de réalisation se présentent sous la forme cannelures femelles 30' (ou rainures) qui sont pratiquées en creux dans la virole interne 12. Comme pour le premier mode de réalisation, ces cannelures femelles 30' sont disposées circonférentiellement entre les aubes 20 et s'étendent axialement chacune selon une direction sensiblement parallèle au squelette 5 des aubes. En outre, ces cannelures femelles présentent les mêmes caractéristiques que celles décrites pour les cannelures mâles du premier mode de réalisation, à savoir qu'elles s'étendent de préférence, d'une part radialement sur une hauteur (ou profondeur) correspondant à environ 1% de la distance radiale séparant les viroles 12, 14, et d'autre part axialement en continu entre le bord d'attaque 26 et le bord de fuite 28 des aubes. Comme pour les cannelures mâles du premier mode de réalisation, ces cannelures femelles 30' permettent d'assurer un guidage pour l'écoulement du flux gazeux s'écoulant au travers de la roue mobile, et plus particulièrement pour l'écoulement de la couche limite de flux gazeux se développant au niveau de la virole interne. La figure 6 représente partiellement une grille d'aubes fixes 10" selon un troisième mode de réalisation de l'invention. Ce mode de réalisation correspond par exemple à un redresseur d'un étage de compresseur ou à un distributeur d'un étage de turbine de turbomachine. Dans ce mode de réalisation, la virole interne 12 et la virole externe 14 sont fixes en rotation par rapport à l'axe longitudinal 16 de la turbomachine et les aubes 20 sont raccordées à la fois à la virole interne par leur pied respectif et à la virole externe par leur tête respective. En outre, les viroles interne et externe sont chacune munies de cannelures mâles 30 identiques à celles décrites en liaison avec le premier mode de réalisation. Bien entendu, on pourrait imaginer que seule l'une des viroles (interne ou externe) comporte de telles cannelures mâles. De même, les cannelures mâles pourraient être remplacées par des cannelures femelles telles que décrites en liaison avec le deuxième mode de réalisation. Selon encore une autre alternative, l'une des viroles pourrait être munie de cannelures mâles, l'autre virole étant munie de cannelures femelles. En se référant aux figures 1 à 6, on décrira maintenant une caractéristique avantageuse de l'invention commune aux trois modes de réalisation précédemment décrits. Selon cette caractéristique avantageuse, la grille d'aubes 10, 10', 10" comporte des guides supplémentaires d'écoulement disposés sur au moins l'une des surfaces aérodynamiques 22, 24 de chaque aube 20, ces guides supplémentaires d'écoulement s'étendant chacun axialement selon une direction sensiblement parallèle au squelette S des aubes. Dans les modes de réalisation des figures 1 à 3 et 6, ces guides supplémentaires d'écoulement se présentent ainsi sous la forme de cannelures mâles 32 (ou rails) faisant saillie dans le canal 18 par rapport aux surfaces intrados 22 et extrados 24 des aubes 20. Alternativement, comme représenté sur les figures 4 et 5, ces guides supplémentaires d'écoulement peuvent se présenter sous la forme de cannelures femelles 32' (ou rainures) pratiquées en creux dans les surfaces intrados 22 et extrados 24 des aubes 20. Quelle que soit la forme que prennent ces guides supplémentaires d'écoulement, ils s'étendent sur les aubes selon une direction radiale de préférence depuis le pied de chaque aube jusqu'à une hauteur h correspondant sensiblement au pas des aubes (c'est-à-dire à l'espacement circonférentiel entre deux aubes adjacentes). En outre, les guides supplémentaires d'écoulement (sous la forme de cannelures mâles ou femelles) s'étendent avantageusement en continu selon une direction axiale entre le bord d'attaque 26 et le bord de fuite 28 des aubes. Le nombre et l'espacement entre deux guides supplémentaires d'écoulement peuvent varier. Ainsi, dans les modes de réalisation illustrés sur les figures 1 à 6, ces guides supplémentaires d'écoulement 32, 32' sont au nombre de six par surface aérodynamique d'une aube et sont régulièrement espacés les uns des autres. D'autres dispositions sont toutefois envisageables. En particulier, les guides supplémentaires d'écoulement 32, 32' représentés sur l'ensemble des figures 1 à 6 sont disposés à la fois sur la surface intrados et la surface extrados des aubes. Il est toutefois possible d'envisager que seule l'une de ces surfaces aérodynamiques soit munie de tels guides supplémentaires d'écoulement. Selon encore une autre alternative, l'une des surfaces aérodynamiques de chaque aube pourrait être munie de cannelures mâles, l'autre surface aérodynamique étant munie de cannelures femelles. Enfin, il est à noter que les guides d'écoulement 30, 30' et les guides supplémentaires d'écoulement 32, 32' peuvent être obtenus par usinage ou par laser par exemple et que les angles formés par ces guides (que ce soient des cannelures mâles ou femelles) sont de préférence rayonnés pour ne pas être saillants. REVENDICATIONS1. Grille d'aubes (10, 10', 10") de turbomachine, comportant une virole interne (12) et une virole externe (14) disposées coaxialement l'une à l'intérieur de l'autre autour d'un axe longitudinal (16) de la turbomachine de façon à définir un canal annulaire (18) d'écoulement d'un flux gazeux ; une pluralité d'aubes (20) s'étendant radialement entre les viroles et raccordées à la virole interne par leur pied, chaque aube comportant une surface aérodynamique intrados (22) et une surface aérodynamique extrados (24) opposée circonférentiellement à la surface intrados, les surfaces aérodynamiques d'une aube s'étendant axialement entre un bord d'attaque (26) et un bord de fuite (28) de l'aube ; caractérisée en ce que l'une au moins des viroles (12, 14) comporte des guides d'écoulement (30, 30') disposés circonférentiellement entre les aubes et s'étendant axialement chacun selon une direction sensiblement parallèle au squelette (S) des aubes. 2. Grille d'aubes selon la revendication 1, dans laquelle les guides d'écoulement (30, 30') s'étendent radialement sur une hauteur correspondant sensiblement à 1% de la distance radiale séparant les viroles (12, 14). 3. Grille d'aubes selon l'une des revendications 1 et 2, dans laquelle les guides d'écoulement (30, 30') s'étendent axialement entre le bord d'attaque et le bord de fuite des aubes. 4. Grille d'aubes selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle les guides d'écoulement se présentent sous la forme de cannelures mâles (30) faisant saillie radialement dans le canal (18) d'écoulement du flux gazeux. 5. Grille d'aubes selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle les guides d'écoulement se présentent sous la forme de cannelures femelles (30') pratiquées en creux dans la virole (12, 14) correspondante. 6. Grille d'aubes selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comportant en outre des guides supplémentaires d'écoulement (32, 32') disposés sur au moins l'une des surfaces aérodynamiques (22, 24) de chaque aube et s'étendant axialement chacun selon une direction sensiblement parallèle au squelette (S) des aubes. 7. Grille d'aubes selon la revendication 6, dans laquelle les guides supplémentaires d'écoulement (32, 32') s'étendent radialement depuis le pied de chaque aube jusqu'à une hauteur (h) correspondant sensiblement au pas des aubes. 8. Grille d'aubes selon l'une des revendications 6 et 7, dans laquelle les guides supplémentaires d'écoulement (32, 32') s'étendent axialement entre le bord d'attaque et le bord de fuite des aubes. 9. Grille d'aubes selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, dans laquelle les guides supplémentaires d'écoulement se présentent sous la forme de cannelures mâles (32) faisant saillie par rapport aux surfaces aérodynamiques correspondantes des aubes. 10. Grille d'aubes selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, dans laquelle les guides supplémentaires d'écoulement se présentent sous la forme de cannelures femelles (32') pratiquées en creux dans les surfaces aérodynamiques correspondantes des aubes. 11. Grille d'aubes selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans laquelle la virole interne (12) est mobile en rotation autour de l'axe longitudinal (16) de la turbomachine. 30 12. Grille d'aubes selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans laquelle les viroles interne (12) et externe (14) sont fixes en rotation, les aubes étant raccordées à la virole externe par leur tête. 13. Turbomachine comportant au moins une grille d'aubes (10, 35 10', 10") selon l'une quelconque des revendications 1 à 12. 20 25