IMPROVEMENTS TO THE THERMAL BEHAVIOUR OF THE TRAILING EDGE OF A HIGH PRESSURE TURBINE BLADE

PERFECTIONNEMENTS APPORTES AU COMPORTEMENT THERMIQUE DU BORD DE FUITE D'UNE AUBE DE TURBINE HAUTE-PRESSION

English Abstract

A moving blade for a high pressure turbine of a turbomachine, the blade having at least one cooling circuit comprising at least one cavity extending radially between a tip and a root of the blade, at least one air admission opening at one of the radial ends of the cavity(ies) to feed the cooling circuit(s) with cooling air, and a plurality of slots (26) opening out from the cavity(ies) and into the trailing edge of the blade, the slots being arranged along the trailing edge between the root and the tip of the blade in a manner that is substantially perpendicular to a longitudinal axis of the blade, at least the slot closest to the root of the blade presenting an inclination towards the tip of the blade lying in the range 10° to 30° relative to an axis of rotation of the blade.

French Abstract

Aube mobile de turbine haute-pression de turbomachine, comprenant au moins un circuit de refroidissement composé d'au moins une cavité s'étendant radialement entre un sommet et un pied de l'aube, d'au moins une ouverture d'admission d'air à une extrémité radiale de la ou les cavités pour alimenter le ou les circuits de refroidissement en air de refroidissement, et d'une pluralité de fentes (26) s'ouvrant dans la ou les cavités et débouchant sur le bord de fuite de l'aube, les fentes étant aménagées le long du bord de fuite, entre le pied et le sommet de l'aube, de façon sensiblement perpendiculaire à un axe longitudinal de l'aube, au moins la fente (28) la plus proche du pied de l'aube présentant une inclinaison vers le sommet de l'aube comprise entre 10° et 30° par rapport à un axe de rotation de l'aube.

Claims

REVENDICATIONS
1. Aube mobile de turbine haute-pression de turbomachine,
comprenant au moins un circuit de refroidissement composé d'au moins une
cavité (24) s'étendant radialement entre un sommet (16) et un pied (14) de
l'aube
(10), d'au moins une ouverture d'admission d'air à une extrémité radiale de la
ou
les cavités pour alimenter le ou les circuits de refroidissement en air de
refroidissement, et d'une pluralité de fentes (26) s'ouvrant dans la ou les
cavités
et débouchant sur le bord de fuite (20) de l'aube, les fentes étant aménagées
le
long du bord de fuite, entre le pied et le sommet de l'aube, de façon
sensiblement
perpendiculaire à un axe longitudinal (X-X) de l'aube, à l'exception d'au
moins la
fente la plus proche au pied de l'aube qui présente une inclinaison,
caractérisée
en ce qu'au moins la fente (28) la plus proche du pied de l'aube présente une
inclinaison vers le sommet de l'aube comprise entre 10° et 30°
par rapport à un
axe de rotation de l'aube.
2. Aube selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'inclinaison
de la fente (28) la plus proche du pied de l'aube est d'environ 20°.
3. Aube selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce
qu'une extrémité amont (28a) de la fente (28) la plus proche du pied de l'aube
est
formée essentiellement dans une zone de raccordement (30) entre le pied de
l'aube et une plate-forme (22) définissant une paroi pour une veine
d'écoulement
de gaz de combustion au travers de la turbine haute-pression.
4. Aube selon la revendication 3, caractérisée en ce que des angles
vifs de l'extrémité amont (28a) de la fente (28) la plus proche du pied de
l'aube
sont meulés.
5. Turbine haute-pression de turbomachine, caractérisée en ce
qu'elle comporte une pluralité d'aubes mobiles (10) selon l'une quelconque des
revendications 1 à 4.

Description

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1
Arrière-plan de l'invgntiorl
La présente invention se rapporte au domaine général des
aubes mobiles de turbine haute-pression d'une turbomachine, et plus
particulièrement aux fentes d'évacuation de l'air de refroidissement situées
sur le bord de fuite des aubes mobiles d'une turbine haute-pression.
De façon connue en soi, une turbomachine comporte une
chambre de combustion dans laquelle de l'air et du carburant sont
mélangés avant d'y être brûlés. Les gaz issus de cette combustion
s'écoulent vers l'aval dans la chambre de combustion et alimentent ensuite
une turbine haute-pression. La turbine haute-pression comporte une ou
plusieurs rangées d'aubes mobiles espacées de façon circonférentielle tout
autour du rotor de la turbine. Les aubes mobiles de la turbine haute-
pression sont ainsi soumises aux températures très élevées des gaz de
combustion. 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 résoudre ce problème, 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. Plus précisément,
ces fentes d'évacuation de l'air de refroidissement sont généralement
réparties le long du bord de fuite de l'aube, entre le pied et le sommet de
celle-ci, de façon sensiblement perpendiculaire à un axe longitudinal de
l'aube.
II est également connu que les aubes de turbine haute-pression
équipées de circuits de refroidissement sont réalisées par moulage. Les
emplacements des fentes des circuits de refroidissement sont
classiquement réservés par des noyaux disposés parallèlement entre eux

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dans le moule avant la coulée du métal. Afin de faciliter cette coulée du
métal, la fente d'évacuation de l'air de refroidissement la plus proche du
pied de l'aube est généralement réalisée dans des dimensions plus
importantes que celles des autres fentes.
Or, dans la pratique, on constate que la fente la plus proche du
pied de l'aube est mal refroidie. En effet, à cause des dimensions
importantes de cette fente et en raison de la force centrifuge engendrée
par la rotation de l'aube, l'air évacué par cette fente à tendance à être
dévié vers le sommet de l'aube. II en résulte des gradients thermiques
importants au voisinage du bord de fuite qui génèrent, au niveau de cette
fente, une crique particulièrement préjudiciable à la durée de vie de
l'aube. Ces gradients thermiques importants ont également tendance à se
propager par conduction vers une zone de raccordement entre le pied de
l'aube et une plate-forme supportant celle-ci.
Obiet et résumé de l'invention
La présente invention vise donc à pallier un tel inconvénient en
proposant une aube mobile de turbine haute-pression présentant une
nouvelle géométrie de la fente d'évacuation de l'air de refroidissement la
plus proche du pied de l'aube qui n'engendre pas de crique. L invention
vise également à ne pas dégrader la tenue mécanique générale de l'aube,
pièce soumise à des contraintes mécaniques trés importantes. Elle vise
enfin une turbine haute-pression de turbomachine équipée de telles aubes
mobiles.
A cet effet, il est prévu une aube mobile de turbine haute-
pression de turbomachine, comprenant au moins un circuit de
refroidissement composé d'au moins une cavité s'étendant radialement
entre un sommet et un pied de l'aube, d'au moins une ouverture
d'admission d'air à une extrémité radiale de la ou les cavités pour
alimenter le ou les circuits de refroidissement en air de refroidissement, et
d'une pluralité de fentes s'ouvrant dans la ou les cavités et débouchant sur
un bord de fuite de l'aube, les fentes étant aménagées le long du bord de
fuite, entre le pied et le sommet de l'aube, de façon sensiblement
perpendiculaire à un axe longitudinal de l'aube, caractérisée en ce qu'au
moins la fente la plus proche du pied de l'aube présente une inclinaison

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vers le sommet de l'aube comprise entre i0° et 30° par rapport à
un axe
de rotation de l'aube.
De la sorte, l'air de refroidissement évacué par la fente la plus
proche du pied de l'aube est guidé sur toute la surface de la fente de
façon à éviter que des criques n'apparaissent au niveau de celle-cï. Cette
géométrie particulière de la fente permet d'abaisser de 5% environ la
température locale au niveau de cette fente. En outre, la tenue de l'aube
aux différentes contraintes mécaniques auxquelles elle est soumise n'est
pas détériorée par cette géométrie de la fente.
Avantageusement, I inclinaison de la fente la plus proche du
pied de l'aube est d'environ 20°.
Afin d'abaisser la température d'une zone de raccordement
entre le pied de l'aube et une plate-forme définissant la veine
d'écoulement des gaz de combustion au travers de la turbine haute-
pression, l'extrémité amont de la fente la plus proche du pied de l'aube est
formée essentiellement dans cette zone de raccordement.
Brève description de~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 mobile de
turbine haute-pression selon l'invention ; et
- la figure 2 est une vue agrandie et partielle de la figure 1
montrant la fente d'évacuation de l'air de refroidissement la plus proche
du pied de l'aube.
Description détaillée d'un mode de réalisation
La figure 1 représente en perspective une aube mobile 10, par
exemple d'une turbine haute-pression d'une turbomachine. Cette aube
d'axe longitudinal X-X est fixée sur un disque rotor (non représenté) de la
turbine haute-pression par l'intermédiaire d'un emmanchement 12
généralement en forme de sapin. Elle comporte typiquement un pied 14,

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un sommet 16, un bord d'attaque 18 et un bord de fuite 20.
L'emmanchement 12 se raccorde au pied 14 de l'aube au niveau d'une
plate-forme 22 définissant une paroi pour la veine d'écoulement des gaz
de combustion au travers de la turbine haute-pression.
Une telle aube est soumise aux températures très élevées des
gaz de combustion et nécessite donc d'être refroidie. A cet effet, et de
façon connue en soi, l'aube mobile 10 comporte au moins un circuit de
refroidissement interne. Ce circuit de refroidissement se compose par
exemple d'au moins une cavité 24 s'étendant radialement entre le pied 14
et le sommet 16 de l'aube. Cette 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. II est
également prévu une pluralité de fentes 26 s'ouvrant dans la cavité 24 et
débouchant sur le bord de fuite 20 de l'aube afin d'évacuer l'air de
refroidissement s'écoulant dans la cavité. Ces fentes 26 d'évacuation de
l'air de refroidissement sont typiquement réparties le long du bord de fuite
20, entre le pied 14 et le sommet 16 de l'aube, de façon sensiblement
perpendiculaire à l'axe longitudinal X-X de l'aube.
La figure 2 illustre plus précisément la géométrie de la fente 28
la plus proche du pied 14 de l'aube 10. Conformément à l'invention, la
fente 28 la plus proche du pied de l'aube présente une inclinaison vers le
sommet 16 de l'aube comprise entre ZO° et 30° par rapport à un
axe de
rotation de l'aube (non représenté). De préférence, l'inclinaison de cette
fente est d'environ 20°. Cette inclinaison particulière de la fente 28
la plus
proche du pied de l'aube permet d'homogénéiser la température au niveau
de celle-ci et ainsi de supprimer tout point chaud. L'air de refroidissement
évacué par cette fente recouvre en effet toute la surface de la tente 28 et
en abaisse la température locale de 5% environ. Ainsi, tout risque de
crique au niveau de cette fente la plus proche du pied de l'aube disparaît
et la durée de vie de l'aube s'en trouve rallongée.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, l'extrémité
amont 28a de la fente 28 la plus proche du pied 14 de l'aube est formée
essentiellement dans une zone de raccordement 30 entre le pied 14 de
l'aube et la plate-forme 22 du côté de la veine d'écoulement des gaz de
combustion de sorte que l'air évacué par celle fente a tendance à venir

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refroidir par conduction thermique la zone de raccordement 30. La
température de la zone de raccordement 30 entre le pied 14 de l'aube et
la plate-forme 22 est ainsi abaissée d'environ 1,5%. Afin d'accentuer ce
refroidissement de la zone de raccordement 30, les angles vifs de
5 l'extrémité amont 28a de la fente 28 sont meulés pour faciliter le guidage
de l'air évacué par la fente vers cette zone 30. Par ailleurs, comme
l'extrémité aval 28b de la fente 28 la plus proche du pied de l'aube n'est
pas formée dans la zone de raccordement 30, la tenue de l'aube 10 aux
différentes contraintes mécaniques n'est pas affectée par cette géométrie
particulière de la fente.

Representative Drawing