Brevet FR3102794A1 — publié le 20210507

L'invention concerne un composant (10) de turbomachine comportant une paroi (14) présentant une face interne (18) et une face externe (16) opposées, la paroi (14) comprenant au moins un orifice de refroidissement (12) pour permettre à un flux de gaz de traverser la paroi (14) en reliant fluidiquement la face interne (18) et la face externe (16), l’orifice de refroidissement (12) comportant un perçage (20) débouchant sur la face interne (18) et une embouchure (26) évasée qui débouche sur la face externe (16), l’embouchure (26) présentant une section progressivement croissante vers la face externe (16), l'embouchure (26) comportant en outre une face de fond (28) qui est inclinée par rapport à la face externe (16), caractérisé en ce que la face de fond (28) de l’embouchure (26) comporte une pluralité de perturbateurs de flux (40) formés en creux et espacés les uns des autres sur la face de fond (28). Figure pour l’abrégé : Figure 3 COMPOSANT DE TURBOMACHINE COMPORTANT DES ORIFICES DE REFROIDISSEMENT AMELIORES L'invention concerne un composant de turbomachine comportant une pluralité d'orifices de refroidissement à sortie évasée. L'invention concerne plus particulièrement la réalisation de ces orifices, pour améliorer la protection du composant contre les hautes températures. Dans une turbomachine d'aéronef, les parois de la chambre de combustion et les aubes fixes ou mobiles des turbines situées en aval de la chambre de combustion sont soumises à de fortes chaleurs provenant des gaz de combustion. Pour assurer la tenue mécanique de ces composants, il a été proposé de les refroidir en utilisant un flux d'air à une température moindre, qui traverse la paroi du composant et qui est injecté de manière à former un film d'air recouvrant le composant. Ce film d'air forme une barrière protectrice contre la chaleur du flux de gaz de combustion. Pour cela, chaque composant comporte une pluralité d'orifices de refroidissement dont chacun est constitué d'un perçage traversant la paroi du composant et d'une embouchure évasée formée dans la face du composant faisant face aux gaz chauds. L'embouchure est configurée pour orienter le film d'air afin d’améliorer la protection thermique permise par celui-ci. En sortant de l'embouchure, l'air peut se décoller de la paroi. L'air est alors chauffé par le flux de gaz chauds. Aussi, dans ce cas, l'air de refroidissement n'est plus au contact de la paroi, ce qui ne permet pas de refroidir efficacement la paroi. L'invention a pour but de proposer un composant de turbomachine comportant au moins un orifice de refroidissement à embouchure évasée pour lequel la protection par un flux d'air frais est améliorée et pour lequel le mélange entre les gaz chauds et l'air plus frais de refroidissement est limité. L'invention propose un composant de turbomachine comportant une paroi présentant une face interne et une face externe opposées, la paroi comprenant au moins un orifice de refroidissement pour permettre à un flux de gaz de traverser la paroi en reliant fluidiquement la face interne et la face externe, l’orifice de refroidissement comportant un perçage débouchant sur la face interne et une embouchure évasée qui débouche sur la face externe, l’embouchure présentant une section progressivement croissante vers la face externe, l'embouchure comportant en outre une face de fond qui est inclinée par rapport à la face externe, caractérisé en ce que la face de fond de l’embouchure comporte une pluralité de perturbateurs de flux formés en creux et espacés les uns des autres sur la face de fond. La présence de perturbateurs de flux formés en creux sur la face de fond permet au flux d'air sortant de l'orifice de s'écouler de façon turbulente. Un tel type d'écoulement est moins susceptible de se décoller de la paroi du composant, il est ainsi moins échauffé par le flux de gaz chaud et donc il protège et refroidit plus efficacement la paroi. De préférence, au moins deux perturbateurs de flux sont décalés selon une direction longitudinale de l’embouchure. De préférence, les perturbateurs de flux sont disposés dans une zone de la face de fond située à une distance du centre du perçage qui est supérieure au diamètre du perçage. De préférence, chaque perturbateur de flux comprend une forme de portion de sphère. De préférence, la profondeur du creux formé par chaque perturbateur de flux est inférieure ou égale au rayon R de ladite portion de sphère. De préférence, chaque perturbateur de flux forme un arc de cercle ouvert selon la direction longitudinale. De préférence, chaque perturbateur de flux présente une forme de chevron dont la pointe est orientée vers le perçage. De préférence, les perturbateurs de flux forment un treillis sur la face de fond de l’embouchure. De préférence, le composant consiste en une aube de turbine de la turbomachine. De préférence, l'aube comporte une pluralité d'orifices de refroidissement répartis en plusieurs rangées qui s’étendent chacune selon une même direction principale d’alignement, les rangées étant adjacentes et décalées les unes des autres et au moins un orifice de refroidissement d'une première rangée est agencé selon la direction principale d’alignement entre deux orifices de refroidissement successifs d’une deuxième rangée. De préférence, l'embouchure est de forme évasée avec une face de fond de forme sensiblement triangulaire. De préférence, le composant consiste en une aube de turbomachine destinée à être monté dans la turbomachine avec une orientation principalement radiale par rapport à un axe principal de la turbomachine et dont chaque embouchure du composant s'étend parallèlement à la direction de l'axe principal de la turbomachine. La figure 1 est une représentation schématique en vue de dessus d'un orifice de refroidissement réalisé dans la paroi d'un composant selon l'art antérieur. La figure 2 est une section selon un plan vertical longitudinal de l'orifice de refroidissement selon l'art antérieur représenté à la figure 2. La figure 3 est une vue de dessus d'un orifice réalisé selon l'invention La figure 4 est une représentation schématique en vue du dessus de l'orifice représenté à la figure 3, montrant la zone dans laquelle les perturbateurs de flux peuvent être formés. La figure 5 est une section d'une cavité représentée à la figure 4, montrant deux profondeurs possibles de celle-ci. Les figures 6 à 10 sont des vues similaires à celle de la figure 4, montrant d'autres géométries des perturbateurs de flux. Les figures 11 et 12 sont des représentations schématiques en perspective d'exemples de réalisation du composant, qui consistent en des aubes fixes ou mobiles de turbomachine. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS On a représenté aux figures 1 et 2 une portion d'un composant 10 de turbomachine comportant des orifices 12 de refroidissement selon l'état de la technique. Comme on peut le voir à ces figures 11 et 12, le composant 10 est par exemple une aube de turbine de la turbomachine, que ce soit une aube mobile 56 destinée à être montée sur le rotor comme représenté à la figure 11 ou une aube fixe 58 d'un distributeur de la turbine comme représenté à la figure 12. Le composant 10 peut aussi être une portion 60 d'une paroi annulaire délimitant l'intérieur ou l'extérieur d’une veine d'écoulement d’un flux de gaz provenant de la chambre de combustion. Le composant 10 peut aussi être une paroi de la chambre de combustion de la turbomachine. Ce composant 10 est baigné dans les gaz chauds produits dans la chambre de combustion. Un échauffement trop important du composant 10 nuirait à la tenue mécanique de celui-ci, impliquant par la suite une baisse d'efficacité de la turbomachine ou des interventions d'entretien fréquentes. Pour réduire l'échauffement du composant 10, celui-ci comporte une paroi 14 délimitée par une face externe 16 qui coopère avec le flux de gaz chauds et une face interne 18 le long de laquelle un flux d'air de refroidissement, qui est à une température moins élevée que les gaz chauds, circule. La paroi 14 comporte une pluralité d'orifices 12 de refroidissement, dont un seul orifice 12 est représenté, qui relient fluidiquement la face interne 18 à la face externe 16. Les orifices de refroidissement 12 permettent à un gaz, qui est de préférence ici de l'air frais, s'écoulant le long de la face interne, de traverser la paroi 14 pour s'écouler aussi le long de la face externe 16. Pour cela, chaque orifice 12 comporte un perçage 20 traversant la paroi 14 et qui débouche dans la face externe 16 par une ouverture externe 22 et qui débouche dans la face interne 18 par une ouverture interne 24. De préférence, le perçage 20 est cylindrique, c’est-à-dire que sa section est constante sur toute sa longueur, mais il peut être de section variable sans sortir du cadre de l'invention. L'orifice 12 comporte aussi une embouchure 26 formée en creux dans la face externe 16 et qui prolonge l'ouverture externe 22 selon une direction prédéfinie associée au sens d'écoulement du flux de gaz entre la face interne 18 et la face externe 16. Dans la description qui va suivre, on fera référence aux orientations longitudinale, verticale et transversale selon le repère L, V, T représenté aux figures, dans lequel la direction longitudinale L est la direction selon laquelle l'embouchure 26 prolonge l'ouverture externe 22, la direction verticale V est la direction perpendiculaire à la face externe 16 et la direction transversale T est la direction perpendiculaire à la direction longitudinale L et parallèle à la face externe 16. L'embouchure 26 comporte une face de fond 28 qui s'étend longitudinalement depuis l'ouverture externe 22 et qui est inclinée par rapport au plan longitudinal transversal de la face externe 16. La section de l'embouchure 26 augmente progressivement depuis le perçage 20 jusqu'à la face externe 16. Un premier bord 30 longitudinal de la face de fond 28, situé à la liaison entre l'ouverture externe 22 et la face de fond 28 est situé en retrait vers l'intérieur de la paroi 14 par rapport à la face externe 16, un deuxième bord 32 longitudinal de la face de fond 28, qui est situé longitudinalement à distance de l'ouverture externe 22, est situé verticalement en affleurement avec la face externe 16. Ainsi, la profondeur de l'embouchure, c'est à dire l’écart entre la face externe 16 et le fond 28, décroit progressivement au fur et à mesure que l'on s'éloigne de l'ouverture externe 22. De plus, l'embouchure 26 est évasée, c’est-à-dire que la largeur transversale de sa face de fond 28 mesurée selon la direction transversale T augmente progressivement au fur et à mesure que l'on s'éloigne longitudinalement de l'ouverture externe 22. La face de fond 28 présente ainsi une forme générale triangulaire. L'embouchure 26 comporte aussi des tronçons de raccordement 34 entre les bords latéraux 36 de la face de fond 28 et la face externe 16. Ces tronçons de raccordement sont concaves. Le flux d'air traversant l'orifice 12 s'écoule en longeant la face de fond 28 de l'embouchure 26. Comme on peut le voir aux figures 3 et suivantes, la face de fond 28 de l'embouchure 26 comporte une pluralité de perturbateurs de flux40 formés en creux, qui sont distribués sur celle-ci. Les perturbateurs de flux sont distribués, c’est-à-dire décalés les uns par rapport aux autres selon la direction longitudinale L et aussi selon la direction transversale T de l'embouchure 26. Lorsque le flux d'air s'écoulant au travers de l'orifice 12 rencontre ces perturbateurs de flux 40, une pluralité de tourbillons de faibles dimensions se forment au niveau de ces perturbateurs de flux 40 rendant alors l'écoulement d'air turbulent. Les perturbateurs de flux 40 sont formés en creux dans la face de fond 28. Ils sont réalisés par enlèvement de matière lors de la formation de l'embouchure 26. La forme en creux des perturbateurs de flux 40 permet d'éviter plus efficacement le décollement du flux d'air par rapport à des perturbateurs de flux en relief qui seraient saillant par rapport à la face de fond 28. Ce flux d'air turbulent permet de se prémunir d’un éventuel décollement au niveau de la face de fond 28, améliorant ainsi le refroidissement de la face de fond 28. De plus, cet écoulement turbulent du flux d'air favorise les échanges de chaleur entre le flux d'air et la paroi 14, facilitant ainsi le refroidissement de la paroi 14 par le flux d'air. Comme on peut le voir à la figure 4, les perturbateurs de flux 40 sont réalisés dans une zone 42 de la face de fond 28 dont la dimension longitudinale 44 est inférieure ou égale à la dimension longitudinale de la face de fond 28. Dans le cas où la dimension longitudinale 44 de la zone 42 est inférieure à celle de la face de fond 28, la zone 42 est délimitée longitudinalement par un premier bord amont 46 et un deuxième bord aval 48, définis selon le sens de l'écoulement du flux d'air en sortie de l'orifice 12, à savoir le long de la face de fond 28. La distance 50 entre le centre de l'ouverture externe 22 et ce premier bord amont 46 est supérieure au rayon de l'ouverture externe 22, c’est-à-dire que le premier bord 46 est décalé vers l'aval par rapport au premier bord 30 de la face de fond 28. La distance 52 entre le centre de l'ouverture externe 22 et le deuxième bord aval 48 est inférieure à la distance entre le centre de l'ouverture externe 22 et le deuxième bord 32 de la face de fond 28. Selon le mode de réalisation représentés aux figures 3, 8 et 10, les perturbateurs de flux 40 sont formés sur l'ensemble de la face de fond 28. Selon les modes de réalisation représentés aux figures 6, 7 et 9, les perturbateurs de flux sont formés dans une zone 42 de la face de fond 28 pour laquelle la distance 50 entre le centre de l'ouverture externe 22 et ce premier bord amont 46 est supérieure au rayon de l'ouverture externe 22 et le deuxième bord aval 48 confondu avec le deuxième bord 32 de la face de fond 28. Comme on peut le voir sur les figures, les perturbateurs de flux 40 peuvent avoir différentes formes. Selon un premier exemple de réalisation représenté aux figures 3 et 4, chaque perturbateur de flux 40 comprend une portion d'une sphère 54 formée en creux dans la face de fond 28. La profondeur du perturbateur de flux 40 correspondant à la portion de cette sphère 54 est inférieure ou égale au rayon de cette sphère 54. Ainsi, comme représenté sur la vue de droite à la figure 5, la profondeur P du perturbateur de flux 40 est inférieure au rayon R de la sphère 54 et à la vue de gauche, la profondeur P du perturbateur de flux 40 est égale au rayon de la sphère 54. Il sera compris que dans une même face de fond 28, les perturbateurs de flux 40 peuvent tous avoir la même profondeur P ou bien avoir des profondeurs P différentes. On a représenté aux figures 6 et suivantes d'autres modes de réalisation des perturbateurs de flux 40. A la figure 6, les perturbateurs de flux 40 sont en forme d'arcs de cercles orientés longitudinalement et ouverts en direction du perçage 20. Les perturbateurs de flux 40 sont répartis sur la face de fond 28 en ne formant pas d'alignement selon la direction longitudinale L. Les dimensions des perturbateurs de flux 40 sont ici supérieures à celles des perturbateurs de flux 40 représentés à la figure 3. Le nombre de perturbateurs de flux 40 est ainsi moindre, ils sont par contre répartis sur la face de fond 28 pour rencontrer une proportion maximale du flux d'air provenant du perçage 20. A la figure 7, les perturbateurs de flux 40 sont aussi en forme d'arcs de cercles orientés longitudinalement, mais qui cette fois sont orientés vers le deuxième bord 32 de la face de fond 28. Les perturbateurs de flux 40 sont ici répartis sur la face de fond en formant des alignements orientés transversalement. Aussi, les perturbateurs de flux 40 de deux alignements adjacents sont décalés transversalement pour ne pas être alignés longitudinalement. De préférence, chaque extrémité d'un arc de cercle est disposée au niveau du sommet d'un arc de cercle d'un alignement situé longitudinalement en aval. Les dimensions des perturbateurs de flux 40 sont relativement faibles, un plus grand nombre de ceux-ci sont disposés sur la face de fond 28. A la figure 8, les perturbateurs de flux 40 consistent en des rainures entrecroisées, formant un treillis sur l'ensemble de la face de fond 28. Les rainures sont inclinées par rapport aux directions longitudinale L et transversale T, notamment pour que les points de croisement des rainures ne soient pas alignés longitudinalement. A la figure 9, les perturbateurs de flux 40 consistent en des chevrons dont la pointe est orientée vers le perçage 20. De manière similaire au mode de réalisation de la figure 7, les perturbateurs de flux 40 sont répartis sur la face de fond en formant des alignements orientés transversalement. Aussi, les perturbateurs de flux 40 de deux alignements adjacents sont décalés transversalement pour ne pas être alignés longitudinalement. De préférence, chaque extrémité d'un chevron est disposée au niveau du sommet d'un arc de cercle d'un alignement situé longitudinalement en aval. A la figure 10, les perturbateurs de flux 40 consistent en des segments longitudinaux répartis en quinconce sur la face de fond 28. Les perturbateurs de flux 40 sont répartis sur la face de fond en formant des alignements orientés transversalement. Aussi, les perturbateurs de flux 40 de deux alignements adjacents sont décalés transversalement pour ne pas être alignés longitudinalement. De préférence, chaque perturbateur de flux d'un alignement disposé transversalement entre deux perturbateurs de flux d'un alignement adjacent. Il sera compris que les formes des perturbateurs de flux 40 qui ont été présentées ici ne sont que des exemples préférés et illustratifs de l'invention. Par conséquent, il sera compris que l'invention n'est pas limitée à ces modes de réalisation de l'invention et que les perturbateurs de flux 40 peuvent avoir toute autre forme. Comme on l'a dit précédemment, la figure 11 représente une aube mobile 56 de turbine comportant une pluralité d'orifices de refroidissement 12 réalisés tel que décrit précédemment. La figure 12 représente une aube fixe 58 de la turbine, qui comporte elle aussi une pluralité d'orifices de refroidissement 12. L'aube mobile 56 comporte une portion appelée plateforme 62, qui permet de reconstituer la veine d'écoulement de gaz, et sur la plateforme 62 une pale 64, sur laquelle les gaz chauds exercent en fonctionnement leur action pour mettre en mouvement le rotor. L'aube fixe 58 comporte une pale 64 et deux plateformes d'extrémité 60 délimitant la veine d'écoulement du flux de gaz au travers la turbine, qui sont reliées à chaque extrémité de la pale 64 et au carter de la turbomachine (non représentée). Quel que soit le mode de réalisation, c’est-à-dire pour chacun des deux modes de réalisation, la pale 64 est orientée principalement selon une direction radiale du rotor. Ici, la direction radiale correspond à la direction transversale T. La direction longitudinale L est une direction perpendiculaire à la direction transversale et qui est orientée selon la direction de l'écoulement de gaz par rapport à la pale 64. Des orifices de refroidissement 12 sont aussi disposés sur les portions d'extrémité 60 de l'aube fixe 58 et sur la plateforme 62 de l'aube mobile 62. Des orifices de refroidissement 12 sont répartis sur les parois d'intrados 66 et d'extrados de la pale 64. Certains orifices de refroidissement 12 sont agencés en formant des rangées 68 orientées sensiblement selon la direction radiale. Ces rangées 68 sont décalées longitudinalement les unes par rapport aux autres. Lorsque des rangées 68 sont disposées à proximité l'une de l'autre, c'est notamment le cas pour les rangées 68 situées à proximité du bord de fuite 70 et à proximité du bord d'attaque 72 de la pale 64, les orifices de refroidissement 12 d'une rangée 68 sont décalés radialement par rapport aux orifices de refroidissement 12 d'une rangées 68 qui lui est adjacente. En d'autres termes, un orifice de refroidissement 12 d'une rangée 68 est situé selon la direction transversale T entre deux orifices de refroidissement 12 de l'autre rangée 68, à la manière d'un agencement en quinconce. Cette disposition permet de ne pas avoir des orifices de refroidissement 12 alignés selon la direction longitudinale L. Ce non-alignement des orifices de refroidissement 12 permet au flux d'air de refroidissement de couvrir transversalement une plus grande surface de la paroi de la pale 64, et ainsi améliore la protection et le refroidissement de la partie de la paroi de la pale 64, qui est située en aval de ces deux rangées 68. Composant (10) de turbomachine comportant une paroi (14) présentant une face interne (18) et une face externe (16) opposées, la paroi (14) comprenant au moins un orifice de refroidissement (12) pour permettre à un flux de gaz de traverser la paroi (14) en reliant fluidiquement la face interne (18) et la face externe (16), l’orifice de refroidissement (12) comportant un perçage (20) débouchant sur la face interne (18) et une embouchure (26) évasée qui débouche sur la face externe (16), l’embouchure (26) présentant une section progressivement croissante vers la face externe (16), l'embouchure (26) comportant en outre une face de fond (28) qui est inclinée par rapport à la face externe (16), caractérisé en ce que la face de fond (28) de l’embouchure (26) comporte une pluralité de perturbateurs de flux (40) formés en creux et espacés les uns des autres sur la face de fond (28). Composant (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’au moins deux perturbateurs de flux (40) sont décalés selon une direction longitudinale de l’embouchure (26). Composant (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les perturbateurs de flux (40) sont disposés dans une zone (42) de la face de fond (28) située à une distance du centre du perçage (20) qui est supérieure au diamètre du perçage (20). Composant (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque perturbateur de flux (40) comprend une forme de portion de sphère (54). Composant (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la profondeur du creux formé par chaque perturbateur de flux (40) est inférieure ou égale au rayon (R) de ladite portion de sphère (54). Composant (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque perturbateur de flux (40) forme un arc de cercle ouvert selon la direction longitudinale. Composant (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque perturbateur de flux (40) présente une forme de chevron dont la pointe est orientée vers le perçage (20). Composant (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les perturbateurs de flux (40) forment un treillis sur la face de fond (28) de l’embouchure (26). Composant (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'embouchure (26) est de forme évasée avec une face de fond (28) de forme sensiblement triangulaire. Composant (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que il consiste en une aube de turbine de la turbomachine. Composant (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'aube comporte une pluralité d'orifices de refroidissement (12) répartis en plusieurs rangées (68) qui s’étendent chacune selon une même direction principale d’alignement, les rangées étant adjacentes et décalées les unes des autres et en ce qu'au moins un orifice de refroidissement (12) d'une première rangée (68) est agencé selon la direction principale d’alignement entre deux orifices de refroidissement (12) successifs d’une deuxième rangée (68). Composant (10) selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que qu'il consiste en une aube (56, 58) de turbomachine destinée à être monté dans la turbomachine avec une orientation principalement radiale par rapport à un axe principal de la turbomachine et dont chaque embouchure (26) du composant (10) s'étend parallèlement à la direction de l'axe principal de la turbomachine.