Arrière-plan de l'invention
[0001] 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.
[0002] 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.
[0003] 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.
[0004] Il 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 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.
[0005] 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. Il 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.
Objet et résumé de l'invention
[0006] 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 très importantes. Elle vise enfin
une turbine haute-pression de turbomachine équipée de telles aubes mobiles.
[0007] 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 vers le sommet
de l'aube comprise entre 10° et 30° par rapport à un axe de rotation de l'aube.
[0008] 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-ci. 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.
[0009] Avantageusement, l'inclinaison de la fente la plus proche du pied de l'aube est d'environ
20°.
[0010] 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 des dessins
[0011] 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
[0012] 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, 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.
[0013] 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. Il 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.
[0014] 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
10° 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 fente 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.
[0015] 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 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 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.
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, 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
précédentes.