Titre de l'invention :

AUBE POUR UNE TURBOMACHINE, DISTRIBUTEUR POUR UNE TURBOMACHINE

ET TURBOMACHINE ASSOCIÉS

Domaine Technique

[0001 ] La présente invention concerne le domaine des turbomachines

aéronautiques, et plus précisément une aube d’un distributeur de turbine pour turbomachine, et une turbomachine comportant un tel distributeur.

Technique antérieure

[0002] Les distributeurs haute pression ou basse pression de turbomachines,

tels que décrits dans le document FR 2 955 145, comportent notamment des aubes fixes maintenues à chacune de leurs extrémités par une plateforme

interne et une plateforme externe, ces derniers définissant une veine de

circulation de gaz éjectés par la chambre de combustion. Ces aubes permettent de diriger l'écoulement des gaz sortant de la chambre de combustion sur les aubes de rotor de la turbine. Ces aubes sont creuses, et comportent au moins une cavité, ou deux cavités, notamment une cavité de bord d’attaque et une cavité de bord de fuite, dont une extrémité débouche à l’extérieur de la veine.

[0003] Ces aubes étant exposées aux gaz chauds de combustion, il est

nécessaire de les refroidir pour atténuer les contraintes thermiques. Une solution consiste à utiliser de l’air provenant d’un autre élément de la turbomachine, par exemple le compresseur. Plus précisément, de l’air relativement frais est prélevé en amont de la chambre de combustion à la sortie d’un étage du compresseur.

Cet air est injecté dans la ou les cavité(s) des aubes par l’une et l’autre des extrémités de celles-ci, pour les refroidir de l’intérieur. L’air s’échappe ensuite dans la veine par des trous réalisés dans les aubes et communiquant avec la ou les cavité(s) de l’aube et avec la veine, l’air de refroidissement créant un film protecteur d’air plus frais s’écoulant le long de la surface extérieure de l’aube.

[0004] En outre, de manière générale, une chemise est enchâssée dans la ou

les cavité(s) d'une telle aube. Cette chemise comporte une pluralité de trous sur toute sa surface s'étendant entre les plateformes. La chemise comporte une paroi de fond, fermée, à une extrémité et débouche à l'extérieur de la veine, du même côté que la cavité qui la renferme. L'air relativement frais prélevé en amont de la chambre de combustion est injecté dans les chemises au travers des plateformes. L'air frais pénètre à l'intérieur de la chemise pour refroidir l’aube, de l'intérieur, par impact. Néanmoins, l’intégration d’une telle chemise dans un profil aérodynamique impose d’avoir un profil d’aube faiblement cambré, afin de rendre possible l’insertion de la chemise dans la cavité. Cette contrainte limite la possibilité d’envisager des variations de profils aérodynamiques, notamment l’augmentation de la cambrure de l’aube.

[0005] Il existe donc un besoin pour un dispositif permettant de résoudre le

problème technique ci-dessus.

Exposé de l’invention

[0006] Le présent exposé concerne une aube pour une turbomachine destinée à être disposée autour d’un axe en s’étendant radialement entre une extrémité radialement externe et une extrémité radialement interne, l’aube comprenant au moins une cavité de refroidissement débouchant à l’extrémité radialement externe de l’aube et à l’extrémité radialement interne de l’aube, l’aube

comprenant au moins une première chemise tubulaire et au moins une deuxième chemise tubulaire engagées chacune dans la cavité, l’extrémité radialement externe de la première chemise débouchant à l’extrémité radialement externe de l’aube, et l’extrémité radialement interne de la deuxième chemise débouchant à l’extrémité radialement interne de l’aube.

[0007] Les extrémités de l’aube et des chemises sont par exemple les extrémités radiales interne et externe lorsque l’aube est montée dans une turbomachine. L’aube est de préférence creuse, la ou les cavités s’étendant de part et d’autre de l’aube, à chaque extrémité de celle-ci. En d’autres termes, une cavité de l’aube est équivalente à un orifice traversant toute la hauteur de l’aube, et débouchant aux extrémités radialement interne et externe. Les extrémités peuvent par exemple être des brides disposées autour de l’aube à chaque extrémité de celle-ci, sur lesquelles sont fixées les extrémités des chemises. [0008] Selon le présent exposé, la première chemise est ainsi insérée dans la cavité de refroidissement depuis l’extrémité radialement externe, et la deuxième chemise est ainsi insérée dans la cavité de refroidissement depuis l’extrémité radialement interne. En d’autres termes, lors du montage des chemises, les chemises sont insérées dans la cavité selon deux directions différentes de montage. Cela permet d’avoir deux chemises courtes, au lieu d’une chemise longue s’étendant sur toute la longueur de la cavité. Il est ainsi possible d’envisager une courbure importante du profil aérodynamique, tout en conservant un refroidissement efficace de l’aube, sur toute la hauteur de celle-ci. Cela permet d’avoir plus de latitude pour améliorer le profil aérodynamique des aubes d’un distributeur de turbine, par exemple, et ainsi améliorer le rendement turbine.

[0009] Dans certains modes de réalisation l’extrémité radialement externe de la première chemise est une première extrémité fixée sur l’extrémité radialement externe de l’aube, et l’extrémité radialement interne de la deuxième chemise est une première extrémité fixée sur l’extrémité radialement interne de l’aube, la première chemise et la deuxième chemise comprenant en outre chacune une deuxième extrémité libre, les deuxièmes extrémités libres des première et deuxième chemises étant en vis-à-vis l’une de l’autre dans la cavité de

refroidissement de l’aube.

[0010] Par « en vis-à-vis l’une de l’autre », on comprend que les deuxièmes

extrémités libres se font face, soit en étant en contact l’une de l’autre, soit en étant espacées l’une de l’autre. Dans ce deuxième cas de figure, les deuxièmes extrémités libres sont séparées l’une de l’autre de manière à ce qu’aucune cloison n’existe entre celles-ci. Ainsi, les deuxièmes extrémités libres des chemises ne se chevauchent pas, facilitant ainsi le montage de chaque chemise à une extrémité de l’aube.

[0011 ] Dans certains modes de réalisation, la première extrémité de chaque

chemise comprend une collerette d’extrémité prenant appui sur les extrémités de l’aube.

[0012] Dans certains modes de réalisation, la collerette est soudée ou brasée aux extrémités de l’aube. [0013] Cette configuration permet d’optimiser le montage des chemises et le maintien de celles-ci sur l’aube.

[0014] Dans certains modes de réalisation, selon une direction radiale à l’axe, une hauteur de la première chemise est différente d’une hauteur de la deuxième chemise entre la première extrémité et la deuxième extrémité desdites chemises, la hauteur de chaque chemise étant inférieure à 70%, de préférence inférieure à 60%, de préférence encore inférieure à 50% de la longueur de la cavité dans laquelle lesdites chemises sont engagées.

[0015] La hauteur des chemises désigne la longueur selon leur axe principal, c’est-à-dire la direction radiale lorsque l’aube est montée dans une turbomachine. Ces valeurs de hauteur des chemises, par rapport à la hauteur totale de l’aube, permet d’obtenir des cambrures plus importantes sur au moins une portion de l’aube. L’aube peut par exemple présenter une cambrure plus importante au voisinage de la première extrémité, qu’au voisinage de la deuxième extrémité de celle-ci.

[0016] Dans certains modes de réalisation, la hauteur de la première chemise est différente de la hauteur de la deuxième chemise.

[0017] Cela permet d’adapter la hauteur de chaque chemise en fonction du profil aérodynamique souhaité de l’aube.

[0018] Dans certains modes de réalisation, un axe central de ladite aube

présente un rayon de courbure compris entre 30 et 500 mm, de préférence entre 30 et 100 mm. Les chemises selon l’art antérieur ne permettent pas de

concevoir des aubes dont le rayon de courbure serait inférieur à 90 mm. En particulier, les aubes de turbine présentent habituellement des rayons de courbure compris entre 90 et 500 mm. Les chemises selon le présent exposé permettent de fabriquer des aubes présentant un rayon de courbure plus faible.

[0019] Dans certains modes de réalisation, un axe central de ladite aube

présente un rayon de courbure variable entre les extrémités de l’aube.

[0020] L’axe central de l’aube et des chemises désigne l’axe principal selon

lequel l’aube et les chemises s’étendent. Ces rayons de courbure sont plus faibles que les rayons de courbure existant sur les aubes comprenant une unique chemise s’étendant sur toute la hauteur de l’aube, et permettent d’améliorer le rendement des turbines sur lesquelles les aubes sont montées.

[0021 ] Dans certains modes de réalisation, la deuxième extrémité de chaque chemise comprend une paroi de fond, une distance entre les parois de fond de chacune des chemises étant inférieur à 10mm.

[0022] Ces valeurs permettent de minimiser les portions de la cavité ne

comprenant aucune chemise, c’est-à-dire l’espace entre les deuxièmes extrémités de la première et de la deuxième chemise, et ainsi d’améliorer le refroidissement de l’aube.

[0023] Dans certains modes de réalisation, la deuxième extrémité de l’une de la première et de la deuxième chemise comprend une protubérance faisant saillie depuis ladite deuxième extrémité, la deuxième extrémité de l’autre de la première et de la deuxième chemise comprenant un orifice, la protubérance étant insérée dans l’orifice.

[0024] La protubérance peut par exemple être insérée dans l’orifice par pression.

Ce mode de liaison permet de solidariser les première et deuxième chemises entre elles, et ainsi de limiter le risque de mouvement des chemises l’une par rapport à l’autre.

[0025] Dans certains modes de réalisation, l’aube comprend une cavité de bord d’attaque et une cavité de bord de fuite séparée de la cavité de bord d’attaque par une paroi, chacune de ces cavités débouchant sur les extrémités radialement interne et externe de l’aube, une première chemise étant engagée dans chacune de la cavité de bord d’attaque et de bord de fuite, et une deuxième chemise étant engagée dans chacune de la cavité de bord d’attaque et de bord de fuite.

[0026] En d’autres termes, l’aube comprend quatre chemises. Deux premières chemises sont insérées depuis l’extrémité radialement externe, dans la cavité de bord de fuite et la cavité de bord d’attaque, et deux deuxièmes chemises sont insérées depuis l’extrémité radialement interne, dans la cavité de bord de fuite et la cavité de bord d’attaque. Les rayons de courbure des cavités de bord d’attaque et de bord de fuite peuvent être différents l’un de l’autre. [0027] Dans certains modes de réalisation, les extrémités radialement interne et externe de l’aube sont des plateformes coaxiales de distributeur configurées pour s’étendre autour d’un axe, l’aube s’étendant entre les plateformes ayant chacune une face de veine configurée pour délimiter une veine de circulation de gaz et une face opposée à la face de veine, la au moins une cavité de l’aube

débouchant sur la face opposée à la face de veine des deux plateformes, une extrémité de la première chemise débouchant sur la face opposée à la face de veine de la première plateforme, et une extrémité d’une deuxième chemise débouchant sur la face opposée à la face de veine de la deuxième plateforme.

[0028] Le présent exposé concerne également un distributeur pour une

turbomachine destiné à être disposée autour d’un axe en s’étendant radialement entre une plateforme radialement interne et une plateforme radialement externe, chaque plateforme comprenant une face de veine destinée à délimiter un canal d’écoulement de fluide et une face d’extrémité opposée à la face de veine, le distributeur comprenant au moins une aube selon l’un quelconque des modes de réalisation précédents, l’au moins une cavité de refroidissement de l’aube débouchant sur la face d’extrémité de la plateforme radialement interne et sur la face d’extrémité de la plateforme radialement externe, l’extrémité radialement interne de la première chemise débouchant sur la face d’extrémité de la plateforme radialement interne, et l’extrémité radialement externe de la deuxième chemise débouchant sur la face d’extrémité de la plateforme radialement externe.

[0029] Les aubes du présent exposé sont des aubes fixes s’étendant

radialement entre les plateformes du distributeur.

[0030] Le présent exposé concerne également une turbine de turbomachine

comprenant le distributeur selon le présent exposé.

[0031 ] La turbine peut être une turbine basse pression ou une turbine haute

pression.

[0032] Le présent exposé concerne également une turbomachine comprenant la turbine selon le présent exposé. Brève description des dessins

[0033] L’invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la

description détaillée faite ci-après de différents modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. Cette description fait référence aux pages de figures annexées, sur lesquelles :

[0034] [Fig. 1 ] la figure 1 représente une vue en perspective extérieure d'un

distributeur de turbine pour une turbomachine selon le présent exposé ;

[0035] [Fig. 2] la figure 2 représente une vue en perspective intérieure du

distributeur de turbine de la figure 1 ;

[0036] [Fig. 3] la figure 3 représente une vue en perspective de chemises du

présent exposé insérées dans une aube creuse ;

[0037] [Fig. 4] la figure 4 représente une vue en perspective de chemises selon l'art antérieur insérées dans une aube creuse ;

[0038] [Fig. 5] la figure 5 représente une vue en perspective d'un exemple

modifié des chemises de la figure 3.

Description des modes de réalisation

[0039] La figure 1 représente un secteur 14 d’un distributeur de turbine pour turbomachine haute pression, le distributeur pouvant être sectorisé et comportant une couronne de pales, ou aubes fixes 13 creuses, agencées entre deux plateformes coaxiales : une plateforme externe 16 et une plateforme interne 18. Les plateformes 16, 18 peuvent former un bloc annulaire, ou comprendre une pluralité de secteurs d’anneaux mis circonférentiellement bout à bout. Elles délimitent une veine de circulation de gaz 20 dans laquelle se trouvent les aubes 13 réparties régulièrement angulairement entre les plateformes 16, 18. Deux aubes 13 sont représentées. Chaque aube 13 comporte une cavité de bord de fuite 26 débouchant à l’extérieur de la veine 20 au travers de la plateforme 16 et de la plateforme 18, et au moins une cavité de bord d’attaque 24 débouchant à l’extérieur de la veine 20 au travers de la plateforme 16 et de la plateforme 18, les cavités 24 et 26 étant séparée l’une de l’autre par une paroi 28. Ces cavités communiquent avec la veine 20 par des rangées de trous 30, 31 s’étendant axialement et/ou radialement entre la plateforme interne 18 et la plateforme externe 16 le long des aubes 13 pour déboucher dans la veine 20. Un gaz circulant depuis l’extérieur de la veine 20 peut ainsi pénétrer dans les cavités 24, 26, s’écouler dans l’aube 13, puis être évacué dans la veine 20 par

l’intermédiaire des trous 30, 31 , permettant ainsi le refroidissement de l’aube 13.

[0040] Une première chemise tubulaire 36a est insérée dans la cavité de bord de fuite 26, et une première chemise tubulaire 34a est insérée dans la cavité de bord d’attaque 24, depuis la face externe de la plateforme externe 16. Par « externe », on comprend la face de la plateforme 16 opposée à la veine 20.

[0041 ] En outre, une deuxième chemise tubulaire 36b est insérée dans la cavité de bord de fuite 26, et une deuxième chemise tubulaire 34b est insérée dans la cavité de bord d’attaque 24, depuis la face externe de la plateforme interne 18. Par « externe », on comprend la face de la plateforme 16 opposée à la veine 20.

[0042] Chacune des chemises tubulaires 34a, 34b, 36a, 36b est creuse, peut être en métal, par exemple un alliage à base de Nickel ou de Cobalt, ou en matériau composite, et sont percées d’une pluralité de trous (non représentés sur les figures). Les premières chemises 34a, 36a comportent en outre chacune une collerette 38a prenant appui sur la face externe de la plateforme externe 16, et sont fixées à celle-ci, par exemple par soudage ou par brasage. Les deuxièmes chemises 34b, 36b comportent chacune une collerette 38b prenant appui sur la face externe de la plateforme interne18, et sont fixées à celle-ci, par exemple par soudage ou par brasage.

[0043] Les premières chemises 34a, 36a de la cavité de bord d'attaque 24 et de bord de fuite 26 débouchent à l'extérieur de la veine 20 au travers d'une plateforme, ici la plateforme externe 16, tandis que les deuxièmes chemises 34b, 36b de la cavité de bord d'attaque 24 et de bord de fuite 26 débouchent à l'extérieur de la veine 20 au travers de l'autre plateforme, ici la plateforme interne 18. De l'air relativement frais prélevé sur le compresseur est conduit de part et d'autre du distributeur, c'est-à-dire à la fois à l'extérieur de la plateforme externe 16 et à l'extérieur de la plateforme interne 18. L'air de refroidissement peut donc pénétrer dans les chemises 34a, 36a, 34b, 36b pour refroidir les parois

intérieures des aubes par effet d'impact puis s'écouler dans la veine au travers des trous desdites aubes 13 pour créer un film de refroidissement autour de chacune d'elles.

[0044] La figure 3 représente l’agencement des chemises 34a, 34b, 36a, 36b lorsque celles-ci sont insérées dans les cavités 24, 26 de l’aube 13, cette dernière étant représentée en pointillés, afin de rendre les chemises visibles par transparence. On notera sur cette figure que les collerettes 38a, 38b ne sont pas représentées, pour simplifier la description.

[0045] Les cavités 24, 26 au sein de l’aube 13 présentent une profondeur H, correspondant sensiblement à la hauteur de l’aube 13 selon la direction radiale du distributeur. Les premières chemises 34a, 36a présentent une hauteur H1 , et les deuxièmes chemises 34b, 36b présentent une hauteur H2, selon cette direction radiale. Selon le présent mode de réalisation, les hauteurs H1 et H2 sont sensiblement égales. Néanmoins, cet exemple n’est pas limitatif, et les hauteurs H1 et H2 peuvent être différentes, tant que H1 et H2 restent inférieures à 70% de la valeur de H, de préférence inférieures à 60%, de préférence encore inférieures à 50%.

[0046] La première chemise de bord de fuite 36a comprend une paroi de fond 361 a fermant la chemise 36a à une extrémité opposée à l’extrémité débouchant à l’extérieur de la plateforme externe 16. De même, la deuxième chemise de bord de fuite 36b comprend une paroi de fond 361 b fermant la chemise 36b à une extrémité opposée à l’extrémité débouchant à l’extérieur de la plateforme interne 18. Les parois de fond 361 a et 361 b sont en vis-à-vis l’une de l’autre à l’intérieur de la cavité 26, soit en contact l’une avec l’autre ou alternativement, espacées l’une de l’autre d’une distance D inférieure à 10mm.

[0047] De manière similaire, la première chemise de bord d’attaque 34a

comprend une paroi de fond 341 a fermant la chemise 34a à une extrémité opposée à l’extrémité débouchant à l’extérieur de la plateforme externe 16. De même, la deuxième chemise de bord d’attaque 34b comprend une paroi de fond 341 b fermant la chemise 34b à une extrémité opposée à l’extrémité débouchant à l’extérieur de la plateforme interne 18. Les parois de fond 341 a et 341 b sont en vis-à-vis l’une de l’autre à l’intérieur de la cavité 24, soit en contact l’une avec l’autre ou alternativement, espacées l’une de l’autre de la distance D. [0048] Selon ce mode de réalisation, les premières chemises 34a et 36a sont insérées depuis l’extérieur de la plateforme externe 16, et les deuxièmes chemises 34b et 36b sont insérées depuis l’extérieur de la plateforme interne 18. Ainsi, la courbure de l’aube 13 peut être plus importante que dans une

configuration dans laquelle une unique chemise était utilisée pour chaque cavité 24, 26, sur toute la hauteur H. La figure 4 illustre un tel cas de figure selon l’art antérieur, dans lequel l’aube 13 présente une cambrure similaire à la cambrure de l’aube 13 sur la figure 3, et illustre la difficulté d’insérer des chemises dans ce cas de figure.

[0049] La figure 5 représente un exemple modifié du mode de réalisation de la figure 3, dans lequel les chemises 36a et 34b comprennent chacune un plot 40, pouvant être de forme hémisphérique de rayon inférieur à 10 mm, et faisant saillie dans la direction radiale depuis la paroi de fond 361 a et 341 b

respectivement. Ces plots 40 sont configurés pour assurer un jeu entre les parois de fond 341 a et 341 b. Le rayon des plots 40 peut de préférence être inférieur de 0,1 mm ou moins à la distance D entre les parois de fond 341 a et 341 b, afin de limiter les contraintes mécaniques entre les deux chemises. De manière alternative, les plots 40 peuvent également s’insérer dans un orifice 42 réalisé dans la paroi de fond en vis-à-vis, à savoir les parois 361 b et 341 a

respectivement. Cet agencement permet de positionner les chemises l’une par rapport à l’autre, et de limiter les mouvements de l’une par rapport à l’autre. On notera que la position des plots 40 et des orifices 42 n’est pas limitative, les plots 40 pouvant être par exemple prévus sur les parois 361 b et 341 a, ou 361 a et 341 a, et les orifices sur les parois 361 a et 341 b, ou 361 b et 341 b, ou d’autres combinaisons envisageables.

[0050] Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des

exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des modifications et des changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation

illustrés/mentionnés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.