DISPOSITIF POUR REDRESSER L'AIR D'ALIMENTATION D'UN PRELEVEMENT CENTRIPETE DANS UN COMPRESSEUR

DEVICE FOR ADJUSTING INTAKE AIR FOR A CENTRIPETAL COMPRESSOR

English Abstract

The invention provides an axial compressor for a turbomachine, the compressor being fitted with a device (2) for centripetally bleeding turbine-cooling air from a stream (5) of air flowing through said compressor, said compressor comprising two rings of moving blades (4, 7) extending radially outwards from the peripheries of two consecutive disks (3, 6) joined together by an outer shroud (9) having holes (14), and further comprising a fixed ring of stator vanes (8) placed in the stream (5) between said moving rings of blades, said holes serving as air inlets to said bleed device and opening out into an annular groove (12) provided beneath the interstice (13) separating the inner platforms (11) of the stator vanes (8) from the rim of the upstream disk, said groove communicating with said stream via said interstice, wherein the groove (12) is fitted with fixed air guide means (20) imparting centripetal swirling motion on the air flowing in said groove (12), the motion rotating in the same direction as the compressor so as to reduce the velocity of the air entering into the holes (14) relative to said rotating holes. These guide means comprise guide profiles fixed beneath the inner platforms (11) of the stator vanes (8).

French Abstract

L'invention concerne un compresseur axial de turbomachine
équipé d'un dispositif (2) de prélèvement centripète d'air dans la veine (5)
dudit compresseur, cet air étant destiné au refroidissement de la turbine,
ledit compresseur comportant deux couronnes d'aubes mobiles (4, 7) qui
s'étendent radialement vers l'extérieur à la périphérie de deux disques
consécutifs (3, 6) assemblés par une virole extérieure (9) munie de
perçages (14) et une couronne d'aubes redresseuses (8) fixes disposée
dans la veine (5) entre lesdits deux couronnes d'aubes mobiles, lesdits
perçages servant d'entrées d'air audit dispositif de prélèvement et
débouchant dans une gorge annulaire (12) prévue sous l'interstice (13)
séparant les plates-formes intérieures (11) des aubes redresseuses (8) de
la jante du disque amont, ladite gorge communiquant avec ladite veine
par ledit interstice, caractérisé en ce que la gorge (12) est équipée de
moyens de guidage fixes (20) imprimant au flux d'air circulant dans ladite
gorge (12) un mouvement tourbillonnaire centripète dans le sens de
rotation du compresseur afin de diminuer la vitesse relative de l'air entrant
dans les perçages (14) par rapport auxdits perçages en rotation. Ces
moyens de guidage comportent des profils d'aubage fixés sous les
plates-formes intérieures (11) des aubes redresseuses (8).

Claims

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REVENDICATIONS
1. Compresseur axial de turbomachine équipé d'un dispositif de
prélèvement centripète d'air dans une veine dudit compresseur, l'air étant
destiné au refroidissement d'une turbine, ledit compresseur comportant deux
couronnes d'aubes mobiles qui s'étendent radialement vers l'extérieur à une
périphérie de deux disques consécutifs assemblés par une virole extérieure
munie de perçages et une couronne d'aubes redresseuses fixes disposée
dans ladite veine entre lesdites deux couronnes d'aubes mobiles, lesdits
perçages servant d'entrées d'air audit dispositif de prélèvement et
débouchant dans une gorge annulaire prévue sous un interstice séparant des
plates-formes intérieures des aubes redresseuses d'une jante d'un disque
amont, ladite gorge communiquant avec ladite veine par ledit interstice, dans
lequel ladite gorge annulaire dans laquelle débouchent lesdits perçages se
situe entre une première desdites couronnes d'aubes mobiles la plus en
amont et la couronne d'aubes redresseuses, et dans lequel des moyens de
guidage fixes imprimant au flux d'air circulant dans ladite gorge un
mouvement tourbillonnaire centripète dans un sens de rotation du
compresseur sont disposés au moins en partie sous lesdites plates-formes
intérieures des aubes redresseuses et sont solidaires desdites aubes
redresseuses, pour diminuer une vitesse relative de l'air entrant dans lesdits
perçages par rapport auxdits perçages en rotation.
2. Le compresseur selon la revendication 1, dans lequel lesdits
moyens de guidage de l'air dans la gorge comportent une pluralité de profils
d'aubage régulièrement répartis autour d'un axe de rotation (X) dudit
compresseur et solidaires desdites plates-formes intérieures en faisant
saillie
sous lesdites plates-formes intérieures.

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3. Le compresseur selon la revendication 2, dans lequel les bords
d'attaque des profils d'aubage s'étendent au moins en partie dans
l'interstice.
4. Le compresseur selon la revendication 3, dans lequel un angle
d'attaque (a) des profils est déterminé en fonction d'une vitesse tangentielle
et d'une vitesse radiale locale de l'air passant par l'interstice.
5. Le compresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à
4, dans lequel le dispositif de prélèvement comporte des canaux de
prélèvement ménagés dans un disque amont desdits deux disques
consécutifs.

Description

CA 02416157 2003-O1-15
L'invention concerne un compresseur axial de turbomachine
équipé d'un dispositif de prélèvement centripète d°air dans la
veine du
compresseur, cet air de prélèvement étant destiné au refroidissement de
la turbine, ledit compresseur comportant deu,~c couronnes d'aubes mobiles
qui s'étendent radialement vers I°extérieur à la périphérie de deux
disques
consécutifs assemblés par une virole extérieure munie de perçages et une
couronne d'aubes redresseuses fixe disposée dans la veine entre lesdites
deux couronnes d'aubes mobiles, lesdits perc;ages servant d'entrées d'air
audit dispositif de prélèvement et débouchant dans une gorge annulaire
prévue sous l'interstice séparant les plates-faarmes intérieures des aubes
redresseuses, de la jante du disque amont, ladite gorge communiquant
avec ladite veine par ledit interstice.
Le rôle du dispositif de prélèvement centripète d'air, disposé à
I°intérieur du rotor à haute pression, est d'amener un débit d'air
prélevé
dans un étage de compresseur vers les étages de turbine à refroidir. II est
important que l'air de refroidissement arriv<~nt dans les cubages de la
turbine à haute pression, soumis à des températures élevées, ait une
pression suffisante pour permettre la formation d'un film d'air de
protection autour des aubes de la turbine, et une température aussi faible
que possible.
Le dispositif de prélèvement peut comporter des canaux de
prélèvement ménagés dans le disque amont, ainsi que cela est divulgué
par FR 2 609 500 et FR 2 614 654, ou des tubes de prélèvement disposés
dans la cavité annulaire séparant les deux disques, ainsi que cela est
dévoilé par US 5 475 313.
Le débit d'air prélevé dans la veine pénètre dans la gorge
annulaire par l'interstice séparant les plates-normes intérieures des aubes
redresseuses de la jante du disque amont dans une direction sensiblement
axiale et transite ensuite par les perçages de la virole en rotation. ~n
conçoit donc que fes vitesses relatives de l'air à I°entrée des
perçages, par
rapport au disque en rotation est relativemeni~ élevée, ce qui se traduit par
une élévation de la température totale relative de l'air dans les perçages
et une perte de charge non négligeable dans cette zone. Cette élévation
de température se retrouve évidemment dans le débit d'air délivré dans
les aubes de la turbine. La perte de charge se traduit par une diminution
du débit d°air prélevé.

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Le but de !'invention est de proposer des moyens faciles à
mettre en oeuvre et peu coûteux qui permettent de diminuer sensiblement
la température de l'air délivré dans la tort>ine à haute pression et de
diminuer les pertes de charge, toutes choses étant égales par ailleurs.
Le but est atteint selon l'inventions par le fait que la gorge est
équipée de moyens de guidage fixes imprimant au flux d'air circulant dans
la gorge un mouvement tourbillonnaire centripète dans le sens de rotation
du compresseur, afin de diminuer la vitesse relative de l'air entrant dans
les perçages par rapport auxdits perçages en rotation.
II en résulte que la température totale relative de l'air dans les
perçages est sensiblement abaissée par rapl7ort à la même température
dans un compresseur traditionnel, ce qui améliore le refroidissement des
aubes de turbine pour un même débit, et augmente leur durée de vie.
Les pertes de charge sont également diminuées, ce qui
améliore ie débit d°air prélevé par rapport à l'état de la technique,
pour
des perçages et dispositifs de prélèvement identiques et augmente le taux
de surpression dans ies aubes de la turbine.
L'ensemble des deux améliorations obtenues grâce à
l'invention, permet de diminuer le débit: d'air nécessaire pour le
refroidissement des aubes de la turbine, et par le fait même la
consommation spécifique de carburant, pour une même dure de vie des
cubages de la turbine à refroidir.
Lesdits moyens de guidage sont disposés au moins en partie
sous les plates-formes intérieures des aubes redresseuses.
Avantageusement les moyens de guidage de l'air dans la gorge
comportent une pluralïté de profils d'aubage régulièrement répartis autour
de l'axe de rotation du compresseur.
De préférence, les bords d'attaque des profils d'aubage
s'étendent au moins en partie dans l'interstice.
L'angle d'attaque des profils est déterminé en fonction de la
vitesse tangentielle et de la vitesse radiale locale de l'air passant par
l'interstice.
Ceci permet de ne pas modifier la norme de la vitesse de l'air
dans la gorge et par ie fait même de ne pas modifier la pression statique.

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Les profils d°aubage augmente le coefficient d'entraînement de
l'air dans la gorge, ce qui permet pour la même température totale de
l'air, d'en diminuer la température totale relatïve.
L'amélioration du coefficient d'ent:raînement grâce aux profils
d'aubage proposés est de 30 % environ par rapport à l'état de la
technique, ce qui correspond à une diminution de la température totale
relative de 40°C environ. Ceci permet de multiplier la durée de vie des
aubes de la turbine par deux, pour le même débit prélevé.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront
à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple et en
référence aux dessins annexés dans lesquels
la figure 1 est une demi-vue axiale d°un compresseur de
turbomachine équipé d'un dispositif de prélèvement d'air centripète, selon
I°art antérieur,
la figure 2 est une demi-vue axiale d'un compresseur de
turbomachine selon l'invention équipé du même dispositif de prélèvement
d'air centripète,
la figure 3 montre le diagramme des vitesses de l'air près des
perçages en l'absence de moyens de guidage de l'air,
la figure 4 montre le diagramme des vitesses de l'air près des
perçages obtenues grâce aux moyens de guiclage de l'air selon l'invention,
la figure 5 est une vue axiale des profils de guidage de l'aïr
dans la gorge, et
la figure 6 est une vue en perspective de l'avant des plates
formes des aubes redresseuses équipées de profils de guidage selon
l'invention.
La figure 1 montre un compresseur 1 d'une turbomachine d'axe
X selon l'état de la technique équipé d'un dispositif de prélèvement
centripète 2.
Ce compresseur 1 comporte un disque amont 3 ayant à sa
périphérie une première couronne d'aubes mobiles 4 disposée dans la
veine 5, un disque aval fi présentant à sa périphérie une deuxième
couronne d'aubes mobiles 7 décalée axialement dans la veine 5, et une
couronne d'aubes redresseuses 8 fixes dispc>sée dans la veine 5 entre la
première et la deuxième couronne d'aubes mobiles.

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Le disque amont 3 et le disque aval 6 sont reliés entre eux par
une virole extérieure 9 munie d'un labyrinthe d'étanchéité 10 coopérant
avec la face intérieure des plates-formes intérieures 11 des aubes
redresseuses 8. Une gorge 12 est ménagée sous l'interstice 13 qui sépare
la jante du disque amont 3, des plates=Formes intérieures 11. Des
perçages 14 ménagés dans la virole extérieure 9 débouchent dans la
gorge 12. Ces perçages 14 permettent l'introduction d'un débit d'air de
prélèvement dans le dispositif de prélèvement centripète 2 qui dans
I°exemple montré sur la figure 1 comporte des. canaux radiaux 15
ménagés
dans la paroi du disque amont 3. L'air prélevé est conduit radialement vers
l'intérieur par les canaux radiaux 15 et dévié vers l'arrière par la partie
radialement intérieure 16 du disque amont 3, et s'écoule axialement vers
les étages de la turbine entrainant le compresseur 1.
Le diagramme des vitesses de la figure 3 montre que la vitesse
relative Vrl de l'air au voisinage des perçages 14, par rapport à la
périphérie du disque amont 3 est relativement élevée. Vas désigne la
vitesse absolue de l'air et Ve représente la vitE;sse de la jante du disque 3.
La figure 2 montre le même compresseur 1 équipé de moyens
de guidage fixes 20 destinés à imprimer à l'air circulant dans la gorge 12
entre l'interstice 13 et les perçages 14 un mouvement tourbillonnaire
centripète dans le sens de rotation du compresseur 1.
A la sortie de ces moyens, l'air a une vitesse absolue Va2 dont
la norme est égale à la norme de la vitesse absolue Val, mais qui est
sensiblement dirige tangentiellement à la périphérie de la virole externe
9, afin que la vitesse relative Vr2 de l'air par' rapport au disque amont 3
soit nettement inférieure à la vitesse relative Vr1 de l'état de la technique,
ainsi que cela est montré sur la figure 4.
Ainsi que cela est montré sur les figures 2, 5 et 6, les moyens
de guidage 20 sont disposés dans la gorge 12 sous la partie amont des
plates-formes intérieures 11 des aubes redresseuses 8.
Ces moyens de guidage 20 comportent une pluralité de profils
d'aubage 21 ou ailettes régulièrement répartis autour de l'axe de rotation
X du compresseur 1 et dont les bords d°attaque 22
s°étendent au moins en
partie dans l'interstice 13. L'angle d°attaque a, de ces profils 21 est
déterminé en fonction de la vitesse tangentielle et de la vitesse radiale
locale de l'air passant par I°interstice 13.

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Les profils d'aubage 21 sont dessinés de telle maniére que I°air
entrant par l'interstice 13 et s'écoulant entre les profils d°aubage 21
en
ressort avec une vitesse Vaz, représentée par une flèche ou vecteur sur
les figures 4 et 6, sensiblement tangentielle à la vitesse d'entraînement Ve
5 du rotor, afin de diminuer sensiblement la vitesse relative Vrz de l'air
pénétrant dans ies perçages 14.

Representative Drawing