INNER VENTILATION BLADE

AUBE A VENTILATION INTERIEURE

Abrégé français

Une aube, par exemple de turbine à haute pression, est conçue avec une cloison intérieure (9) la plus proche du bord de fuite (7) dont la partie supérieure (20) oblique vers ce bord, afin de favoriser la ventilation de gaz de rafraîchissement vers les orifices (15) de ce bord, et plus généralement la ventilation du coin supérieur de l'aube, par la création de nouveaux orifices (14') au sommet (11) ou le déplacement d'orifices (12) originaires de la deuxième cavité et menant à l'intrados vers le bord de fuite.

Abrégé anglais

The invention relates to a blade, for example a high-pressure turbine blade, which is designed to have an inner partition (9) closest to the trailing edge (7), the upper portion (20) of which is slanted towards said edge, so as to promote the ventilation of cooling gases towards the openings (15) of said edge, and more generally the ventilation of the upper corner of the blade, by creating new openings (14') at the top (11) or by the movement of original openings (12) of the second cavity, and leading to the lower surface in the direction of the trailing edge.

Revendications

7
REVENDICATIONS
1) Aube (1) comprenant des cavités (4, 6,
8) internes de circulation de gaz de rafraîchissement,
les cavités étant séparées par des cloisons (5, 9), une
des cloisons (9), la plus proche d'un bord de fuite (7)
de l'aube, comportant une inclinaison plus importante
vers le bord de fuite à partir d'une hauteur d'au moins
70% de l'aube, comptée d'une plate-forme (3) de l'aube
à un rayon de bord extérieur, caractérisée en ce qu'une
des cavités (8), délimitée vers le bord de fuite de
l'aube par ladite cloison (9) la plus proche du bord de
fuite de l'aube, comprend une série de perçages menant
à une face latérale de l'aube, lesdits perçages
débouchant dans ladite cavité (8) par des orifices (21)
disposés sur une ligne parallèle à ladite cloison (9).
2) Aube suivant la revendication 1,
caractérisée en ce que l'inclinaison plus importante
est progressivement plus importante.

Description

CA 02785377 2012-06-21
WO 2011/080319 PCT/EP2010/070933
1
AUBE A VENTILATION INTERIEURE
DESCRIPTION
Le sujet de cette invention est une aube à
ventilation intérieure.
Soumises à des températures souvent très
élevées, les aubes des turbomachines peuvent être
équipées de dispositifs de rafraîchissement par
ventilation de gaz, comme du gaz relativement frais
soutiré de la veine de circulation principale à
l'endroit des compresseurs ; il circule alors jusqu'à
des cavités creusées à l'intérieur des aubes et en
ressort par des perçages qui débouchent notamment à
l'intrados et au bord de fuite, où la pression
extérieure plus faible favorise la circulation du gaz.
Ces dispositifs sont maintenant bien éprouvés et
donnent en général de bons résultats, mais des progrès
restent à réaliser quand la ventilation se révèle
insuffisante en raison de conditions particulièrement
difficiles (par exemple pour les aubes de la turbine à
haute pression, qui sont soumises aux températures les
plus élevées), ou dans certaines régions particulières
des aubes. Les brevets français 2 833 298 et 2 834 015
décrivent des ventilations du bord de fuite.
Des défauts de rafraîchissement,
générateurs de températures très élevées et de certains
dégâts (brûlures), ont ainsi été constatés au sommet de
certaines aubes, plus précisément au coin entre le bord
de fuite et le bord extérieur. L'objet de l'invention
est de résoudre ce problème particulier.

CA 02785377 2012-06-21
WO 2011/080319 PCT/EP2010/070933
2
Sous sa forme la plus générale, l'invention
concerne une aube comprenant des cavités internes de
circulation de gaz de rafraîchissement, les cavités
étant séparées par des cloisons, une des cloisons, la
plus proche d'un bord de fuite de l'aube, comportant
une inclinaison plus importante vers le bord de fuite à
partir d'une hauteur d'au moins 70% de l'aube, comptée
d'une plate-forme au sommet de l'aube à un rayon de
bord extérieur (cette mesure favorise le
rafraîchissement du coin de l'aube par une meilleure
ventilation du bord de fuite, pour les raisons qui
seront données plus loin) caractérisée en ce que l'une
des cavités, délimitée vers le bord de fuite de l'aube
par ladite cloison la plus proche du bord de fuite de
l'aube, comprend une série de perçages menant à une
face latérale de l'aube, lesdits perçages débouchent
dans ladite cavité par des orifices disposés sur une
ligne parallèle à ladite cloison. Ce perfectionnement
favorise aussi le rafraîchissement du coin de l'aube,
cette fois par une meilleure ventilation des faces
latérales (intrados ou extrados).
L'inclinaison plus importante est
avantageusement progressive, donnant à la cloison une
forme générale arrondie.
L'invention sera maintenant décrite plus en
détail et au moyen de réalisations illustratives en
liaison aux figures :
- la figure 1 et la figure 2 sont des vues
générales de l'aube conforme à l'invention,

CA 02785377 2012-06-21
WO 2011/080319 PCT/EP2010/070933
3
- la figure 3 est un détail montrant une
conception antérieure perfectionnée par
l'invention,
- et la figure 4 est un détail
correspondant d'une conception conforme à
l'invention.
Les figures 1 et 2 présentent une aube (1),
qui est jointe à un pied (2) logé dans un disque non
représenté et munie d'une plate-forme (3). L'aube (1)
est creuse et percée de cavités (4) multiples, séparées
les unes des autres par des cloisons (5) s'étendant en
direction essentiellement radiale du pied (2) au sommet
(11) de l'aube (1). On distinguera dans la suite de
l'exposé une cavité (6) la plus proche du bord de fuite
(7) de l'aube (1), une cavité (8) adjacente à la
précédente, et une cloison (9) les séparant, qui est
donc la cloison la plus proche du bord de fuite (7).
Du gaz de ventilation arrive dans les
cavités (4) (et (6) et (8) ) par leur origine (10) dans
le pied (2) à partir d'une autre région de la machine à
laquelle l'aube (1) appartient, et s'élève vers le
sommet (11) de l'aube (1) ; il quitte les cavités
progressivement par des perçages (12) débouchant à
l'intrados (13) et/ou à l'extrados (22) de l'aube (1),
d'autres perçages (14) (représentés aux figures 3 et 4)
débouchant au sommet (11), et enfin par d'autres
perçages (15), issus de la seule cavité (6), qui
débouchent au bord de fuite (7).
La ventilation du sommet (11) de l'aube (1)
est plus difficile puisque les perçages (14) sont
situés au bout des cavités (4) et que le débit du gaz

CA 02785377 2012-06-21
WO 2011/080319 PCT/EP2010/070933
4
de ventilation est plus faible et a une pression moins
grande ; une autre circonstance défavorable vient de ce
que le sommet (11) est composé d'une arête (16)
extérieure mince, s'étendant du côté extrados et du
côté intrados de l'aube formant ainsi une cavité en
creux nommée baignoire (17). L'arête (16) permet de
limiter les écoulements de gaz chaud entre le sommet
d'aube et le carter en vis-à-vis, et constitue une zone
d'usure lorsque l'aube, sous l'effet combiné de la
dilatation thermique et du centrifuge, s'allonge et
vient toucher le carter en vis-à-vis. La baignoire (17)
et l'arête (16) sont des régions difficiles à
refroidir ; la situation est spécialement critique dans
le coin supérieur (18) de l'aube (1) adjacent au bord
de fuite (7), où la cavité (6) est la plus étroite.
On se reporte à la figure 3. Dans la
conception habituelle, la cloison (ici 9') la plus
proche du bord de fuite (7) est rectiligne tout comme
les autres pour simplifier la fabrication de l'aube et
elle est en général de direction complètement radiale.
Les inventeurs ont constaté l'existence d'une zone de
recirculation à faible vitesse (19) dans la cavité (6)
au raccordement entre la cloison (9') et la paroi du
fond de baignoire (17). La faible pression dynamique du
gaz de ventilation à cet endroit rend inutile la
création de perçages supérieurs pour ventiler le sommet
(11), de sorte que l'extrémité de la baignoire (17)
n'est pas ventilée du tout ; et on constate que les
perçages (15) menant au bord de fuite (7) qui sont les
plus proches du sommet (11), typiquement les trois ou
quatre les plus proches, reçoivent un débit

CA 02785377 2012-06-21
WO 2011/080319 PCT/EP2010/070933
particulièrement faible en raison de la pression faible
du gaz.
L'aménagement spécifique à l'invention,
visible à la figure 4, consiste à pourvoir la cloison
5 (9) la plus proche du bord de fuite (7) avec une
extrémité supérieure (20) plus inclinée vers le bord de
fuite (7) que le reste de la cloison (9), et
avantageusement de plus en plus inclinée avec une forme
arrondie et un raccordement presque régulier à la paroi
du fond de baignoire (17). La partie supérieure (20)
peut commencer à 80%, éventuellement 70% de la hauteur
de l'aube (1) comptée depuis la plate-forme (3)
jusqu'au bord extérieur, c'est-à-dire à la paroi du
fond de baignoire (17). Les autres cloisons restent
rectilignes. Les effets techniques sont les suivants:
la zone de recirculation à faible vitesse (19)
disparaît ; le gaz de ventilation est mieux guidé vers
les perçages (15) proches du sommet (11), et sa
pression est augmentée, ce qui augmente aussi le débit
par ces perçages (15) supérieurs ; les perçages (12)
menant à l'intrados (13) (ou à l'extrados) à partir de
la deuxième cavité (8) peuvent être déplacés vers le
bord de fuite (7), leurs orifices (21) dans la deuxième
cavité (8) occupant une ligne parallèle à la partie
supérieure (20) ; au moins un perçage de sommet (14')
supplémentaire peut être ménagé grâce à l'élargissement
de la deuxième cavité (8) au sommet (la première cavité
(6) étant, dans la conception représentée ici comme
dans la conception antérieure, normalement dépourvue de
perçages (12) et (14) au sommet à cause des difficultés
plus grandes de ventilation). Toutes ces modifications

CA 02785377 2012-06-21
WO 2011/080319 PCT/EP2010/070933
6
ont pour effet que le coin supérieur (18) de l'aube (1)
est mieux ventilé et rafraîchi, que ce soit au bord de
fuite (7) par les perçages (15), à la face latérale
d'intrados (13) ou d'extrados par les perçages (12)
déplacés et à la baignoire (17) par le ou les perçages
de sommet supplémentaires (14').

Dessin représentatif