[0001] Le sujet de l'invention est un dispositif de ventilation d'un anneau de turbomachine.
[0002] De tels systèmes ont été déjà largement employés pour refroidir certaines parties
de turbomachines soumises à des échauffements très importants, et notamment les anneaux
statoriques des turbines à haute pression, où la température peut atteindre 1500°C
environ. Du gaz de ventilation sous pression est soustrait d'une autre partie, plus
fraîche, de la machine, et s'écoule dans un conduit qui aboutit à une chambre située
derrière l'anneau à refroidir. Le gaz vient donc lécher l'anneau et évacue sa chaleur
avant de quitter la chambre par des orifices de sortie ménagés à travers l'anneau
ou des parties avoisinantes de la machine pour rejoindre la veine d'écoulement des
gaz ou passer au refroidissement d'un autre anneau.
[0003] Le problème auquel on s'efforce de remédier ici est la perte de rendement de la machine
que la soustraction du débit de ventilation induit : on cherche à limiter ce débit
au minimum nécessaire à une bonne ventilation. La solution retenue consiste à disposer
dans la chambre derrière l'anneau, et dans laquelle le conduit d'alimentation en gaz
débouche, un distributeur annulaire comprenant une paroi percée d'orifices ainsi qu'un
couvercle placé entre la paroi et le conduit et percé d'autres orifices, destinés
à restreindre l'écoulement du gaz ; ces orifices de couvercles sont moins nombreux
et ont une section totale plus petite que les orifices de la paroi.
[0004] Le couvercle et la paroi coupent successivement la chambre, ce qui oblige le gaz
de ventilation à les traverser successivement avant d'atteindre l'anneau à refroidir.
La paroi foraminée a pour but essentiel de répartir convenablement le gaz de ventilation
sur les différentes parties de l'anneau. On en trouve de nombreux exemples dans l'art
antérieur, parmi lesquels on peut citer le brevet américain 5 273 396 et le brevet
français 2 416 345, qui présentent en plus l'intérêt de comporter un couvercle ressemblant
à celui de l'invention. Toutefois, le couvercle du premier brevet cité est simplement
destiné à la fixation de la paroi sur la surface de la chambre et consiste en un ensemble
de bordures latérales entourant des évidements sous lesquels la paroi foraminée s'étend,
et il est évident que ces évidements n'ont aucun effet de restriction du débit de
gaz de ventilation. Le couvercle du second brevet antérieur est au contraire continu
et a pour seul but de réduire le volume de la chambre d'écoulement du gaz ; l'entrée
du gaz est produite par des orifices latéraux percés à travers l'anneau. Il s'agit
d'une conception différente où les perçages n'ont pas non plus pour but de restreindre
l'écoulement du gaz.
[0005] La nature de l'invention, sa constitution générale et les avantages particuliers
à certaines de ses réalisations seront maintenant décrits plus concrètement à l'aide
des figures suivantes :
- la figure 1 est une représentation d'un anneau de turbine équipé de l'invention,
- et la figure 2 illustre une autre réalisation de l'invention.
[0006] Un stator 1 de turbomachine est équipé d'entretoises 2 (dont une seule est représentée)
destinées à soutenir autant d'anneaux 3 qui contribuent à délimiter la veine d'écoulement
des gaz de la machine devant des étages circulaires d'aubes mobiles de rotor 4. Le
sujet de l'invention est un boîtier 5 annulaire composé d'un couvercle 6 et d'une
paroi 7. Le boîtier 5 est logé dans une chambre 8 délimitée par l'entretoise 2 et
l'anneau 3, et il la coupe entre celui-ci et le débouché 9 d'un circuit d'alimentation
en gaz relativement frais originaire du fond de la chambre de combustion ; le reste
du circuit d'alimentation n'est pas représenté car il n'est pas original, mais on
pourra se reporter au brevet français 2 416 345 cité plus haut pour plus de détail.
L'intégrité du boîtier 5 est assurée en pourvoyant le couvercle 6 et la paroi 7 de
bords latéraux 10 et 11 circulaires et de même diamètre qui sont unis par paires par
des soudures, des rivets ou d'autres moyens ; les bords latéraux 11 de la paroi 7
sont par ailleurs fixés à l'entretoise 2.
[0007] La paroi 7 est foraminée, c'est-à-dire percée de nombreux orifices 12, ici sensiblement
plus longs que larges grâce à leur finesse et à une épaisseur assez importante de
la paroi 7. Le couvercle 6 est percé par d'autres orifices 13, moins nombreux que
ceux 12 de la paroi 7 mais dont la section d'ouverture est également assez réduite.
Ils sont établis au sommet de saillies 14 obtenues en repoussant la matière du couvercle
6 vers l'extérieur du boîtier 5 et dont la forme est plus ou moins conique pour que
les orifices 13 communiquent avec l'intérieur du boîtier 5 par des pavillons 15 s'ouvrant
vers la paroi 7.
[0008] Le gaz entrant dans la chambre 8 s'accumule devant le boîtier 5 et traverse les orifices
13 puis 12 pour venir lécher l'anneau 3 avant d'être évacué dans la veine d'écoulement
des gaz en traversant des orifices 16 percés à travers l'anneau 3. La constitution
des orifices 13 calibrés avec précision permet de restreindre le débit de gaz qui
les traverse sans réduire excessivement la charge de l'écoulement grâce à la forme
évasée des pavillons 15. Les saillies 14 peuvent cependant être orientées pour favoriser
la direction moyenne de l'écoulement des gaz dans le boîtier 5 vers une région ou
l'autre de la paroi 7. L'écoulement du gaz se répartit donc convenablement dans le
boîtier 5 et s'en écoule par les orifices 12, qui le distribuent en le dirigeant avec
précision et avec la répartition spatiale souhaitée vers les différentes portions
de l'anneau 3. La densité et la direction des orifices 12 peuvent donc varier sur
la paroi 7. Une telle construction de la paroi n'est cependant pas indispensable,
et on peut préférer celle de la figure 2, plus simple et légère, où la paroi 7 épaisse
est remplacée par une paroi 7' aussi mince que le couvercle 6. Tout le reste de la
description est valable, si ce n'est que les orifices 12', qui peuvent avoir d'ailleurs
la même répartition que les orifices 12, sont beaucoup plus courts et n'exercent donc
pas d'effet directionnel sensible sur l'écoulement des gaz. La seule possibilité de
réglage offerte avec cette construction est donc la répartition du refroidissement
au moyen de la densité variable des orifices 12'.
[0009] La restriction du débit de gaz de ventilation est obtenue à condition que la section
totale des orifices 13 du couvercle 6 soit plus petite que celle des orifices 12 de
la paroi 7, dont on ne peut réduire excessivement le nombre sous peine de produire
des irrégularités de refroidissement de l'anneau 3. On voit que le débit de gaz peut
être réduit même si les orifices 12 de la paroi 7 sont nombreux.
[0010] Enfin, la conception de l'invention est certainement applicable à d'autres parties
de la machine que les anneaux de turbine à haute pression, et elle peut aussi être
employée avec des gaz chargés d'échauffer la structure sur laquelle ils sont soufflés.
1. Dispositif de ventilation d'un anneau (3) de turbomachine comprenant un circuit d'alimentation
(9) en gaz de ventilation originaire d'une autre portion de la turbomachine débouchant
dans une chambre (8) derrière l'anneau (3), la chambre (8) étant coupée par un distributeur
annulaire comprenant une paroi (7) percée d'orifices (12) entre l'anneau (3) et le
circuit (9), caractérisé en ce que le distributeur est en forme de boîtier (5) et
comprend un couvercle (6) placé entre la paroi (7) et le circuit (9) et percé d'orifices
(13) de restriction d'écoulement du gaz, les orifices (13) du couvercle étant moins
nombreux, ayant une section totale plus petite que les orifices (12) de la paroi et
étant disposés sur des saillies (14) obtenues en repoussant la matière du couvercle
(6) vers l'extérieur du boîtier (5) et forment des pavillons (15) s'ouvrant vers la
paroi.
2. Dispositif de ventilation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi
(7) possède une épaisseur sensiblement plus grande que le couvercle (6) et les orifices
(12) de la paroi sont plus longs que larges.
3. Dispositif de ventilation selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé
en ce que le couvercle et la paroi sont unis par des paires de bords latéraux (10,
11) circulaires de même diamètre.
