WO2019122540A1 - Roue de turbomachine avec léchettes convexe ou concave - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une roue de turbomachine comprenant une pluralité de pales s'étendant radialement et reliées à l'une de leurs extrémités radialement interne ou externe à une plate-forme annulaire portant des léchettes annulaires (42, 44) s'étendant depuis ladite plate-forme dans un sens opposé à la pale pour coopérer à étanchéité avec un matériau abradable (28) en vis-à-vis radial. Selon l'invention, la roue comprend au moins une léchette (42, 44) ayant une face amont incurvée concave et une face aval incurvée convexe ou ayant une face amont incurvée convexe et une face aval incurvée concave.

Description

ROUE DE TURBOMACHINE AVEC LÉCHETTES CONVEXE OU CONCAVE

L’invention concerne une roue de turbomachine, telle qu’une roue de turbine, ainsi qu’une turbomachine comprenant une telle roue.

Classiquement, une turbomachine comprend un circuit annulaire d’air dit primaire et un circuit annulaire d’air dit secondaire. Le circuit d’air primaire s’étend d’amont en aval au travers de compresseurs basse et haute pression, d’une chambre de combustion et de turbine haute puis basse pression.

Comme représenté en figure 1 , la turbine 10 basse pression comprend une pluralité de roues 12 disposées axialement en alternance avec des rangées annulaires d’aubes de stator 14. Les roues 12 comprennent des aubes 16 portées par des disques 18 solidaires les uns des autres par l’intermédiaire d’un arbre de turbine basse pression entraînant en rotation l’arbre d’une soufflante ou arbre de puissance et du compresseur basse pression. Les aubes 14 de stator sont portées radialement vers l’extérieur par un carter 20 de turbine.

Plus précisément, la partie droite de la figure 1 représente un agrandissement de la zone délimitée en pointillés sur la partie gauche de cette même figure. Chaque roue 12 de turbine comprend une plate-forme annulaire radialement interne 22 (figure 1 ) et une plate-forme annulaire radialement externe 24 entre lesquelles s’étend une pale 25, ces plates-formes 22, 24 pouvant être formées d’une pluralité de sections de plates-formes juxtaposés circonférentiellement bout à bout pour définir les limites interne et externe d’écoulement du flux d’air primaire. La plate-forme externe 24 comprend des léchettes 26a, 26b s’étendant radialement vers l’extérieur en direction d’un panneau abradable 28 porté par le carter 20 de turbine et formé d’une paroi 30 supportant une structure alvéolaire 32 dite en nid d’abeille.

La structure alvéolaire 32 peut présenter, comme cela est visible sur la figure 1 , deux pistes 32a, 32b de frottement des léchettes 26a, 26b, une première 32a étant agencée en amont et radialement à l’intérieur d’une seconde 32b agencée en aval de la première 32a. Dans cette configuration, la léchette 26a amont s’étend donc sur une distance radialement inférieure à la léchette aval 26b.

Il a été constaté que l’étanchéité entre les léchettes 26a, 26b et les pistes 32a, 32b de l’abradable 28 n’était pas satisfaisante. Ainsi, il a été proposé des léchettes présentant entre leurs extrémités interne et externe une inclinaison vers l’amont. Toutefois, ces léchettes ne sont pas totalement satisfaisantes puisque des circulations d’air parasites persistent entre l’abradable et les extrémités radialement externes des léchettes.

Dès lors, il existe un besoin d’amélioration des performances d’étanchéité à cet endroit d’une turbomachine de manière à améliorer le rendement de la turbomachine.

L’invention permet d’apporter une solution simple, économique et efficace aux problèmes de la technique antérieure.

A cette fin, elle propose une roue de turbomachine comprenant une pluralité de pales s’étendant radialement et reliées à l’une de leurs extrémités radialement interne ou externe à une plate-forme annulaire portant des léchettes annulaires s’étendant depuis ladite plate-forme dans un sens opposé à la pale pour coopérer à étanchéité avec un anneau en vis- à-vis radial, caractérisée en ce qu’elle comprend au moins une léchette ayant une face amont incurvée concave et une face aval incurvée convexe ou ayant une face amont incurvée convexe et une face aval incurvée concave.

Selon l’invention, une léchette présente deux courbures inverses sur ses faces amont et aval opposées. Cette forme particulière permet de réduire le débit d’air entre la paroi en vis-à-vis et la léchette et ainsi d’améliorer le rendement d’une turbomachine intégrant une telle roue.

Dans une réalisation particulière de l’invention, l’anneau en vis-à- vis peut-être une simple paroi annulaire lisse ou encore un anneau de matériau abradable comme cela est décrit en référence aux figures dans la description détaillée. Selon une caractéristique particulière de l’invention, chaque léchette comprend une première extrémité radiale reliée à la plate-forme et une seconde extrémité radiale libre opposée à ladite première extrémité, la première extrémité étant agencée en aval de la seconde extrémité.

Il a été observé que l’inclinaison de la léchette couplée à une forme doublement incurvée des faces amont et aval permettait de réduire encore les circulations d’air parasites. Plus précisément, cet effet est particulièrement amélioré avec une léchette ayant une face amont incurvée concave et une face aval incurvée convexe.

Dans un mode de réalisation de l’invention, la génératrice du cône de révolution passant par la première extrémité et la seconde extrémité est inclinée par rapport à un plan perpendiculaire à l’axe de la roue d’une valeur strictement supérieure à 0° et inférieure ou égale à 60°, de préférence entre 15° et 45° et est encore plus préférentiellement de l’ordre de 30°.

Selon encore une autre caractéristique de l’invention, les faces amont et aval d’une léchette présentent un rayon de courbure sensiblement constant entre la première extrémité et la seconde extrémité d’une léchette.

Dans une réalisation préférée de l’invention, les léchettes s’étendent radialement vers l’extérieur depuis une plate-forme annulaire externe.

Toutes les léchettes peuvent avoir une face amont incurvée concave et une face aval incurvée convexe ou ont toutes une face amont incurvée convexe et une face aval incurvée concave.

Dans une réalisation possible de l’invention, la roue comprend une autre léchette dont les faces amont et aval sont sensiblement planes et parallèles l’une à l’autre, cette léchette étant orientée radialement ou bien inclinée par rapport à un plan perpendiculaire à l’axe de la roue.

L’invention concerne également une turbine de turbomachine, telle qu’une turbine haute pression, comprenant au moins une roue mobile du type décrit précédemment. Elle comprend encore une turbomachine, telle qu’un turbopropulseur ou un turboréacteur, comprenant une telle turbine.

L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels :

- la figure 1 , déjà décrite précédemment, est une vue schématique en coupe d’une turbine basse pression selon la technique antérieure ;

- les figures 2A, 2B, 2C et 2D sont des vues schématiques en coupe de l’extrémité radialement externe d’une roue de turbine selon l’invention et selon plusieurs variantes de réalisation.

On se réfère tout d’abord aux figures 2A, 2B et 2C qui représentent trois premiers modes de réalisation de l’invention dans lequel l’extrémité radialement externe de la roue comprend deux léchettes annulaires 34, 36, 38, 40, 42, 44.

Dans ces réalisations, les léchettes 34, 36, 38, 40, 42, 44 comprennent toutes une face amont 34a, 36a, 38a, 40a, 42a, 44a incurvée concave et une face aval 34b, 36b, 38b, 40b, 42b, 44b incurvée convexe. Chaque léchette 34, 36, 38, 40, 42, 44 comprend une première extrémité radiale 34c, 36c, 38c, 40c, 42c, 44c qui est reliée à la plate-forme et une seconde extrémité radiale 34d, 36d, 38d, 40d, 42d, 44d opposée à la première extrémité 34c, 36c, 38c, 40c, 42c, 44c et formant une extrémité libre destinée à frotter à étanchéité avec la structure alvéolaire 32 du matériau abradable 28 comme cela a déjà été évoqué précédemment.

Lorsque l’air impact la face amont 34a, 36a, 38a, 40a, 42a, 44a, elle tourne dans le sens des aiguilles d’une montre, ce qui a tendance à faire circuler l’air vers l’amont et limite ainsi les circulations d’air entre la léchette 34, 36, 38, 40, 42, 44 et l’abradable 28. L’intégration d’une face amont 34a, 36a, 38a, 40a, 42a, 44a incurvée concave et d’une face aval 34b, 36b, 38b, 40b, 42b, 44b incurvée convexe permet de diminuer les circulations d’air parasites entre le matériau abradable 28 et les extrémités radialement externes 34d, 36d, 38d, 40d, 42d, 44d des léchettes 34, 36, 38, 40, 42, 44 amenant un effet bénéfique sur le rendement, tout en limitant la masse embarquée par l’utilisation d’une géométrie optimisée de la léchette.

La première extrémité 34c, 36c, 38c, 40c, 42c, 44c de chaque léchette 34, 36, 38, 40, 42, 44 est agencée en aval de la seconde extrémité 34d, 36d, 38d, 40d, 42d, 44d, ce qui permet d’accentuer encore l’effet de recirculation d’air indiqué ci-dessus. Le décalage axial des première 34c, 36c, 38c, 40c, 42c, 44c et seconde 34d, 36d, 38d, 40d, 42d, 44d extrémités des léchettes 34, 36, 38, 40, 42, 44 est représenté sur les figures 2A, 2B et 2C par les droites 34e, 36e, 38e, 40e, 42e, 44e en pointillés passant par lesdites extrémités des léchettes 34, 36, 38, 40, 42, 44.

On remarque que la courbure des faces amont et aval des léchettes est plus importante pour les léchettes 42, 44 de la figure 2C que pour les léchettes 38, 40 de la figure 2B, ces dernières ayant une courbure plus importante que celles des léchettes 34, 36 de la figure 2A. Il a été constaté que l’augmentation de la courbure induisait une diminution du débit d’air parasite en sommet de léchette. Indépendamment de la variation de l’inclinaison des léchettes, cet effet se constate entre les figures 2A et 2C pour lesquelles les léchettes 34, 36, 42, 44 présentent une même inclinaison (les droites 34e, 36e, 42e, 44e en pointillés présentent une même inclinaison par rapport à un plan perpendiculaire à l’axe de la roue), la réduction du débit parasite étant plus importante pour les léchettes 42, 44 de la figure 2C que pour les léchettes 34, 36 de la figure 2A.

Le rayon de courbure des faces amont 34a, 36a, 38a, 40a, 42a, 44a et aval 34b, 36b, 38b, 40b, 42b, 44b des léchettes 34, 36, 38, 40, 42, 44 peut être sensiblement constant entre la première extrémité et la seconde extrémité d’une léchette

De préférence, l’inclinaison des léchettes 34, 36, 38, 40, 42, 44 est telle que la génératrice du cône de révolution passant par la première extrémité 34c, 36c, 38c, 40c, 42c, 44c et la seconde 34d, 36d, 38d, 40d, 42d, 44d extrémité est inclinée par rapport à un plan perpendiculaire à l’axe de la roue d’une valeur strictement supérieure à 0° et inférieure ou égale à 60°, de préférence entre 15° et 45° et encore plus préférentiellement de l’ordre de 30°.

La figure 2D représente une dernière réalisation de l’invention dans laquelle les léchettes 46, 48 comprennent une face amont 46a, 48a, incurvée convexe et une face aval 46b, 48b, incurvée concave. Dans cette réalisation, la première extrémité 46c, 48c est agencée en aval de la seconde extrémité 46d, 48d. L’inclinaison de chaque léchette est indiquée par les lignes 46e, 48e en pointillés.

Dans les réalisations représentées sur les figures 2A à 2D, toutes les léchettes 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48 d’une même extrémité de plate-forme sont toutes identiques. Toutefois, selon l’invention un seule léchette pourrait être courbée, la ou les autres léchettes étant alors droites, c’est-à-dire inclinées par rapport à un plan perpendiculaire à l’axe de la roue ou bien s’étendant radialement. Ces autres léchettes peuvent avoir une face amont et une face aval qui sont sensiblement planes et parallèles l’une à l’autre.

Dans les réalisations décrites précédemment, les léchettes 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48 ont été présentées comme étant annulaires. Bien entendu, ce terme doit s’entendre comme indiquant des léchettes qui s’étendent annulairement sur 360° et peuvent être formées d’une pluralité de secteurs de léchettes juxtaposées circonférentiellement les unes au bout des autres.

Bien que l’invention a été décrite ci-dessus en relation avec un élément annulaire abradable, on comprend qu’elle est également applicable à toute réalisation dans laquelle la ou les léchettes coopèrent à étanchéité avec une pièce annulaire qui peut être lisse et qui n’est pas prévue spécifiquement pour s’user au contact des léchettes comme un abradable.

Claims

REVENDICATIONS

1 . Roue de turbomachine comprenant une pluralité de pales (25) s’étendant radialement et reliées à l’une de leurs extrémités radialement interne ou externe à une plate-forme annulaire (24) portant des léchettes annulaires (34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48) s’étendant depuis ladite plate-forme (24) dans un sens opposé à la pale (25) pour coopérer à étanchéité avec un anneau (28) en vis-à-vis radial, caractérisée en ce qu’elle comprend au moins une léchette (34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48) ayant une face amont incurvée concave et une face aval incurvée convexe ou ayant une face amont incurvée convexe et une face aval incurvée concave, et en ce que les faces amont et aval de la dite au moins une léchette (34, 36, 38, 40, 42, 44, 46 48) présentent un rayon de courbure sensiblement constant entre la première extrémitié et la seconde extrémité d’une léchette.

2. Roue selon la revendication 1 , caractérisée en ce que chaque léchette (34, 36, 38, 40, 42, 44) comprend une première extrémité (34c, 36c, 38c, 40c, 42c, 44c) radiale reliée à la plate-forme (24) et une seconde extrémité (34d, 36d, 38d, 40d, 42d, 44d) radiale libre opposée à ladite première extrémité, la première extrémité étant agencée en aval de la seconde extrémité.

3. Roue selon la revendication 2, caractérisée en ce que la génératrice du cône de révolution passant par la première extrémité (34c, 36c, 38c, 40c, 42c, 44c) et la seconde extrémité (34d, 36d, 38d, 40d, 42d, 44d) est inclinée par rapport à un plan perpendiculaire à l’axe de la roue d’une valeur strictement supérieure à 0° et inférieure ou égale à 60°, de préférence entre 15° et 45° et est encore plus préférentiellement de l’ordre de 30°.

4. Roue selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les léchettes (34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48) s’étendent radialement vers l’extérieur depuis une plate-forme (24) annulaire externe.

5. Roue selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que toutes les léchettes (34, 36, 38, 40, 42, 44) ont une face amont incurvée concave et une face aval incurvée convexe ou ont toutes (46, 48) une face amont incurvée convexe et une face aval incurvée concave.

6. Roue selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu’elle comprend une autre léchette dont les faces amont et aval sont sensiblement planes et parallèles l’une à l’autre, la léchette étant orientée radialement ou bien inclinée par rapport à un plan perpendiculaire à l’axe de la roue.

7. Turbine de turbomachine, telle qu’une turbine haute pression, comprenant au moins une roue mobile selon l’une des revendications 1 à 6.

8. Turbomachine, telle qu’un turbopropulseur ou un turboréacteur, comprenant une turbine selon la revendication 7.