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WO2013150248A1 - Aubage de redressement de sortie - Google Patents

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Publication number
WO2013150248A1
WO2013150248A1 PCT/FR2013/050747 FR2013050747W WO2013150248A1 WO 2013150248 A1 WO2013150248 A1 WO 2013150248A1 FR 2013050747 W FR2013050747 W FR 2013050747W WO 2013150248 A1 WO2013150248 A1 WO 2013150248A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
blade
stator
vane
fluid
flow
Prior art date
Application number
PCT/FR2013/050747
Other languages
English (en)
Inventor
Nils BORDONI
Original Assignee
Snecma
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from FR1253145A external-priority patent/FR2989109B1/fr
Priority claimed from FR1253143A external-priority patent/FR2989108B1/fr
Priority claimed from FR1253146A external-priority patent/FR2989110B1/fr
Application filed by Snecma filed Critical Snecma
Priority to GB1419479.9A priority Critical patent/GB2515961B/en
Priority to US14/389,433 priority patent/US10145253B2/en
Publication of WO2013150248A1 publication Critical patent/WO2013150248A1/fr

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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • the present invention relates to the field of turbomachines, and in particular to that of heat exchangers installed in aircraft turbomachines.
  • the invention also refers to the field of stator vanes that equip such turbomachines. It relates more particularly to a turbomachine stator vane, as well as an output straightening vane (OGV) and a turbomachine comprising such a stator vane.
  • GOV output straightening vane
  • the invention applies to all types of land or aeronautical turbomachines, and in particular to aircraft turbomachines such as turbojets and turboprops.
  • turbojet engines to increase the dilution ratio
  • speed reducers for the rotational drive of the fan. This is also the case for turboprop engines for connecting the engine and the propeller.
  • speed reducers may allow the blower to be rotated at a lower speed than the low pressure compressor, for example, for efficiency improvement purposes.
  • Oil / air heat exchangers or ACOCs for "Air Cooled Oil
  • Cooler "in English) makes it possible to obtain a large capacity of heat dissipation taking into account the high air flow.
  • Two types of these oil / air exchangers are usually used and detailed hereinafter.
  • Surface exchangers (or “surface coolers”) have a generally rectangular surface on which are fixed on one side of the surface, flow channels for the oil and possibly on the other side of the surface , blades (or fins) metal for the flow of air. The heat can thus be transferred from the hot oil to the metal blades by thermal conduction, these blades cooling in contact with the air.
  • This type of exchanger is usually placed directly on the walls of the vein. The efficiency of this type of exchanger is low if no fin is provided for the flow of air due to a reduced exchange surface. Equipped with fins, the exchanger has a greater efficiency to cool the oil but the aerodynamic drag is then greatly increased.
  • Block exchangers (or "brick coolers" in English) conventionally consist of a stack of metal plates traversed by the fluid to be cooled. These plates are spaced from each other and metal strips are placed between these plates, the latter being generally welded. The plates are supplied with fluid by orthogonal distributor pipes to these plates. The oil and air circuits remain segregated. The whole is placed in a flow of air, either directly in the vein either in a channel fed by a scoop. The presence of the metal plates in which the fluid circulates and the presence of the distributor pipes and fins in the air flow generates a strong aerodynamic drag.
  • the object of the invention is to remedy at least partially the disadvantages mentioned above, relating to the embodiments of the prior art.
  • the purpose of the invention is notably to allow an increase in heat dissipation capacity without affecting the performance of a turbomachine.
  • the invention thus has, according to one of its aspects, a stator blade for a turbomachine, characterized in that it is formed by a set of blade portions arranged relative to each other to define flow passages of the air flow between the blade parts, and in that it comprises means for circulating a fluid to be cooled, in particular the oil, by said flow of air.
  • the flow passages of the air flow can thus allow to dissipate, at least partially, the heat of the fluid to be cooled.
  • the invention it is possible to use already existing surfaces of the turbomachine, including stator straightening blade surfaces, to dissipate heat thereby avoiding, or limiting, the addition of heat exchangers according to the invention. the prior art.
  • the invention can thus provide a gain in terms of size and aerodynamic profile.
  • the invention can in particular make it possible to implement the heat exchanger function at the OGV output rectifying vanes.
  • the division into several parts of the dawn, in particular of an OGV exit recovery blade can make it possible to increase the exchange surface while limiting the importance of the aerodynamic drag thanks to the aerodynamic shapes of the dawn.
  • the invention may furthermore make it possible to avoid the use of the addition of fins or other devices making it possible to increase the heat exchange but increasing the aerodynamic drag.
  • the invention can more generally make it possible to increase the aerodynamic and acoustic performances of the turbomachine.
  • stator vane according to the invention may further comprise one or more of the following characteristics taken separately or in any possible technical combinations.
  • the stator vane may be a turnaround, including an OGV output turnaround blade.
  • the blade parts can be used to form a multi-profile stator vane, acting in particular as a heat exchanger for cooling the fluid by means of the air flow.
  • the use of blade parts can increase the exchange area of the blade significantly while limiting the impact on the aerodynamic performance of the blade.
  • the blade parts can form different aerodynamic profiles and can help ensure the recovery of the air flow.
  • the circulation means of the fluid to be cooled can be arranged to allow the circulation of the fluid in the vicinity of the surfaces of the blade so as to dissipate the heat of the fluid.
  • the surfaces of the blade are preferably not equipped with devices for increasing the heat exchange, for example fins.
  • the surfaces of the blade are preferably not treated acoustically so that the acoustic performance of the turbomachine is not impacted.
  • Each blade portion may be superimposed orthoradially to at least one other part of blade, or even for example two other parts of blade.
  • the gaps between the blade parts can define the flow passages of the airflow.
  • the parts of blades can be arranged so that the blade, when observed in a plane orthogonal to the longitudinal direction of the blade or in plan view of the free end of the blade, has a substantially aerodynamic profile.
  • a stator blade known per se having a leading edge, a relatively thick middle section and a thinner trailing edge.
  • the arrangement of the blade parts may be different and chosen so as to improve the aerodynamic properties of the blade.
  • the number of blade parts, their shape or geometry and their positioning relative to each other may vary, being adapted in particular to the desired performance of the turbomachine.
  • the blade may comprise at least three parts of blade, the first and second parts of blade defining between them, at least partially, the leading edge and the median section of the aerodynamic profile of the blade and the third part of the blade.
  • blade defining, at least partially, the trailing edge of the aerodynamic profile of the blade.
  • the leading edge of the blade can be defined by ends of the first and second blade parts.
  • the trailing edge of the blade may be defined by one end of the third blade portion.
  • the spacing between two consecutive blade sections may be identical for all blade parts. At least a portion of blade, better all parts of blade, may have an aerodynamic profile substantially identical to that of a bearing surface.
  • the blade may comprise one or more holding sections, distributed in particular over the height of the blade, to ensure the mechanical strength of the blade parts between them.
  • the circulation means of the fluid to be cooled may comprise fluid flow channels formed on at least one blade part, better all the parts of the blade, and covered by a cover plate defining an outer surface of the part of the blade. 'dawn.
  • the circulation means of the fluid to be cooled may comprise fluid circulation pipes located on at least a portion of the blade, the circulation pipes allowing in particular the distribution of the fluid in the flow channels.
  • the stator blade may especially be an OGV output turnaround blade.
  • the envisaged evolutions of OGV output straightening vanes seem to favor the use of large-rope blades which have a greater thickness.
  • the stator vane according to the invention may advantageously be adapted to a wide-rope blade.
  • the subject of the invention is also a turbomachine stator part comprising a stator blade, characterized in that it furthermore comprises:
  • the flow passages of the air flow can thus allow to dissipate, at least partially, the heat of the fluid to be cooled.
  • the stator portion may include any of the previously stated features, taken alone or in any technically possible combination with other features.
  • the stator portion may comprise a stator vane as defined above, formed by a set of vane portions arranged relative to each other to define flow passages of the air flow between the parts of the vane. dawn, and comprising means for circulating a fluid to be cooled, in particular oil, by said flow of air.
  • stator portion may have a master torque comparable to that of a conventional stator vane, for example an OGV output straightening blade.
  • aerodynamic drag of the stator portion may be less than the aerodynamic drag of an assembly formed by a conventional OGV output straightening blade associated with a conventional heat exchanger.
  • the stator portion may be located at a conventional location of a stator vane, including a rectifying dawn, a conventional turbomachine.
  • the stator vane can have the shape of a conventional blade of a turbomachine.
  • the stator vane may for example be a turnaround blade, in particular an OGV output turnaround blade.
  • the slats can be made to minimize the resulting aerodynamic drag.
  • the slats can be in the form of curved plates.
  • the set of lamellae may comprise at least two lamellae, better three, better four, better still five, for example between two and six lamellae.
  • the slats can all have the same length in the direction of the radial axis of the turbomachine. As a variant, at least two lamellae, or even all the lamellae, may have different lengths. The slats may for example have increasing lengths away from the stator blade.
  • the slats may, at least partly and better in all, extend in parallel curved planes between them, or curved lines parallel to each other when the lamellae are observed in an orthoradial plane.
  • the lamellae may further extend, at least in part and better in all, in the orthoradial plane along curved lines parallel to the curved line according to which the stator blade extends.
  • the slats can be oriented in radial directions rather than parallel to the stator blade. In this way, it may be possible to improve the capacity of the stator portion according to the invention to be repeated circularly, in particular when the number of lamellae is high.
  • the slats may have a radial length greater than that of the stator vane.
  • the lamellae and / or the stator blade may comprise a metallic material, for example a metal alloy, for example an alloy of aluminum and / or titanium. Different or identical materials can be used to make the slats.
  • the stator blade may comprise a material identical or different from those of the lamellae.
  • the stator blade and the lamellae can be spaced apart from one another, in particular by the same distance or constant distance, the gaps defining the flow passages of the airflow.
  • the gap between the slats can be variable or not.
  • the slats can be spaced apart from each other by the same distance, different or different from the distance between the stator vane and the lamella which is adjacent thereto.
  • At least a portion of the lamellae, in particular all the lamellae, may have a substantially constant thickness.
  • Each slat may have a leading edge, a medial section and a trailing edge.
  • the thickness of each sipe may be substantially constant on the leading edge and the median section, and then decrease at the trailing edge.
  • the thickness of each lamella may be smaller than the average thickness of the stator blade.
  • At least two lamellae may be arranged with respect to the stator vane so that there is at least one plane passing through at least the stator vane and said at least two lamellae.
  • Said at least one plane may be parallel to the plane perpendicular to the stator vane cord and containing the perpendicular bisector of the stator vane cord.
  • the slats can be inscribed in an angular sector whose bisector is substantially merged with the perpendicular bisector of the stator vane cord.
  • the lamellae may have substantially the same length in an orthoradial plane and may be distributed homothetically with respect to the stator blade.
  • the circulation means of the fluid to be cooled may comprise fluid circulation pipes extending in the stator vane and passing through the lamellae.
  • the pipes can pass through the interior of the stator vane from one radial end to the other.
  • the circulation means of the fluid to be cooled can be fixed to the lamellae, in particular by welding, so as to transfer a thermal flow by conduction.
  • the stator vane can allow the radial passage of the circulation pipes of the fluid to be cooled in the vein.
  • At least a portion of the pipes may be located at a radial end of the lamellae so as to be out of the vein to prevent the creation of aerodynamic drag.
  • the pipes can be distributed radially in several stages.
  • the pipes can be distributed radially in at least three stages, two floors being for example located outside the vein and a median floor being located in the vein.
  • the fluid circulation pipes to be cooled can further be streamlined to limit aerodynamic drag.
  • fairing structures may cover the circulation pipes.
  • the fairing structures may allow mechanical retention of the slats together.
  • the subject of the invention is also a turbomachine stator part comprising a stator blade, characterized in that it furthermore comprises: a thermal conduction structure at which a flow of air comes into contact, arranged on the stator vane,
  • An aerodynamic element provided with an aerodynamic profile, at which is arranged said thermal conduction structure.
  • the stator portion may include any of the previously stated features, taken alone or in any technically possible combination with other features.
  • the stator portion may comprise a stator vane as defined above, formed by a set of vane portions arranged relative to each other to define flow passages of the air flow between the parts of the vane. dawn, and comprising means for circulating a fluid to be cooled, in particular oil, by said flow of air.
  • the flow of the air flow in contact with the thermal conduction structure, in particular through the heat conduction structure, can help dissipate, at least partially, the heat of the fluid to be cooled.
  • Conductive heat exchange between the fluid to be cooled and the air flow can be all the more important, and the heat dissipated all the more important, the exchange surface of the thermal conduction structure is important.
  • the heat conduction exchange surface offered by the thermal conduction structure can increase the heat exchange capacity between the air flow and the fluid to be cooled.
  • the aerodynamic element can support at least part of the thermal conduction structure while also participating in the recovery of the airflow through its aerodynamic profile. In this way, the presence of the aerodynamic element may, where appropriate, make it possible to reduce the total number of stator vanes necessary for the recovery of the flow, for example the total number of OGV output straightening vanes.
  • the stator portion may be located at a conventional location of a stator vane, including a rectifying dawn, a conventional turbomachine.
  • the stator vane and / or the aerodynamic element may be in the form of a conventional blade of a turbomachine.
  • the stator vane and / or the aerodynamic element may for example be a straightening blade, in particular an OGV output straightening blade.
  • the stator portion can act as a heat exchanger for cooling the fluid by means of the airflow.
  • the use of the thermal conduction structure can increase the exchange surface significantly while limiting the impact on aerodynamic performance.
  • the circulation means of the fluid to be cooled can be arranged to allow the circulation of the fluid in the vicinity of the surfaces of the stator vane and / or the aerodynamic element so as to dissipate the heat of the fluid.
  • the aerodynamic element can be superimposed orthoradially to the stator vane.
  • the thermal conduction structure can be superposed orthoradially to the stator vane and / or to the aerodynamic element.
  • the aerodynamic element may have an aerodynamic profile substantially identical to that of a stator blade known per se, having a leading edge, a relatively thick middle section and a thinner trailing edge.
  • stator vane The arrangement of the stator vane, the thermal conduction structure and the aerodynamic element can be chosen so as to improve the aerodynamic properties of the stator part.
  • the thermal conduction structure may be attached to the stator vane and / or the aerodynamic element.
  • the thermal conduction structure can be located at least partially between the stator vane and the aerodynamic element.
  • the placement of the thermal conduction structure between the stator vane and the aerodynamic element can protect said structure and in particular limit its exposure to damage caused by foreign objects (also called "FOD" for Foreign Object Damage in English).
  • the thermal conduction structure may comprise a set of thermally conductive lamellae.
  • the arrangement of the slats relative to one another can be used to define flow passages of the air flow.
  • the slats can all be arranged symmetrically or not symmetrically within the thermal conduction structure.
  • the arrangement of the lamellae within the thermal conduction structure may be regular or not.
  • the slats can be of all types.
  • the slats may for example be thermally conductive plates, with or without a curvature similar to that of the stator vane and / or the aerodynamic element.
  • the slats can form hollow ducts within which the flow of air flows.
  • the section of such conduits may be arbitrary, in particular circular, oval or polygonal, for example triangular, rectangular or square.
  • the slats can all have the same dimensions or not.
  • the slats can all have the same thermally conductive material or not.
  • the thermal conduction structure may comprise at least four, better six, better eight or more lamellae.
  • the lamellae may comprise a material with a high thermal conductivity.
  • the high thermal conduction capacity of the lamellae can make it possible to significantly increase the heat dissipation efficiency of the stator part according to the invention.
  • the lamellae may be metallic, for example comprising a metal alloy, for example an alloy of aluminum and / or titanium. Different or identical materials can be used to make the slats.
  • the slats can be made, especially dimensioned, so as to minimize the resulting aerodynamic drag while maximizing the heat dissipation capacity.
  • the distribution, shape and / or orientation of the slats can be different, for example chosen according to the desired performance of the turbomachine.
  • the axial direction corresponds to the direction of the axis of rotation M of the rotor of the turbomachine
  • a radial direction R is a direction perpendicular to the axis M.
  • the terms “inside” and “outside” are used with reference to a radial direction R so that the inner (ie radially inner) part of an element is closer to the axis M than the outer (ie radially outer) part of the same element.
  • the thermal conduction structure may or may not be closed by an outer surface and / or an inner surface.
  • the outer and / or inner surfaces of the thermal conduction structure may respectively extend into the outer plane containing the outer surface of the stator vane and / or the inner plane containing the inner surface of the stator vane.
  • the thermal conduction structure can extend continuously. In particular, it can extend continuously between the stator vane and the aerodynamic element. In particular, the heat conduction structure can extend continuously from the side surface of the stator vane to the lateral surface of the aerodynamic element.
  • the stator vane may constitute a first stator vane and the aerodynamic element may be a second stator vane adjacent to the first stator vane.
  • first stator vane and the second stator vane can thus be two adjacent stator vanes belonging to the same vane, in particular an OGV output straightening vane.
  • the thermal conduction structure can be mounted between these first and second stator vanes.
  • the invention can make it possible to increase the stator vane heat dissipation capacity in a simplified and rapid manner by adding a thermal conduction structure, in particular the addition of lamellae, between the two. adjacent stator blades for forming a stator portion according to the invention.
  • the first and second stator vanes are close to each other, in particular being superposed at least partially orthoradially to one another.
  • the circulation means of the fluid to be cooled may comprise fluid flow channels formed at least partially within the stator vane and / or inside the aerodynamic element.
  • the passage of the fluid to be cooled inside the stator vane and / or inside the aerodynamic element can make it possible to limit the aerodynamic drag.
  • the combination of the smooth surfaces of the stator vane and / or the aerodynamic element with the lamellae of the thermal conduction structure in the same location can make it possible to limit the fluid circuits to be cooled and to optimize at best the use of available trading surfaces.
  • the circulation means of the fluid to be cooled may comprise fluid circulation pipes arranged on the stator vane and / or on the aerodynamic element, in particular passing through the stator vane and / or the aerodynamic element and opening onto their inner surface and / or their outer surface, the circulation pipes allowing the distribution of the fluid in the flow channels.
  • the flow channels can open into the circulation pipes, especially inside the stator vane and / or the aerodynamic element.
  • the fluid flow channels may be formed on the stator vane and / or the aerodynamic element and then covered by a cover plate.
  • Another object of the invention is, according to another of its aspects, an output rectifying blade (OGV) characterized in that it comprises a stator blade as defined above and / or a stator portion as defined above.
  • OGV output rectifying blade
  • the location of a stator vane and / or a stator portion according to the invention at the level of the OGV output straightening vane makes it possible, unlike the solutions of the prior art, to use surfaces already existing turbomachine to dissipate heat, thus avoiding the addition of heat exchangers.
  • the division into several parts of an OGV blade can furthermore make it possible to limit the importance of the aerodynamic drag thanks to the aerodynamic shapes of the blade parts and the use of the addition of fins to increase heat exchange.
  • the output straightening vane may in particular comprise straightening vanes all similar to the stator vane according to the invention and / or rectifying parts all similar to the stator part according to the invention.
  • the straightening vane may comprise stator parts according to the invention distributed circularly over its entire periphery or only a portion of its circumference as a function of the dissipation requirements.
  • the invention also relates to a turbomachine characterized in that it comprises a stator vane as defined above and / or a stator portion as defined above and / or a rectification vane. output (OGV) as defined above.
  • a turbomachine characterized in that it comprises a stator vane as defined above and / or a stator portion as defined above and / or a rectification vane. output (OGV) as defined above.
  • the turbomachine may for example comprise a stator vane and / or a stator portion according to the invention at any stage of the stator, in particular other than at the level of the output straightening vane (OGV).
  • OGV output straightening vane
  • Another subject of the invention is a method for manufacturing a stator vane as defined above and / or a stator portion as defined above, characterized in that it comprises the following steps: forming fluid flow channels to be cooled, in particular oil, on at least one blade part, in particular by machining a surface of the blade part,
  • a cover plate in particular a metal plate, on the blade part so as to cover the formed flow channels.
  • the method may further include the step of attaching coolant flow pipes to be cooled on the blade portion such that the pipes open at at least one end into the flow channels.
  • the cover plate may have a high thermal conductivity.
  • the blade part, and in particular the cover plate may comprise a metallic material, especially a metal alloy, for example an aluminum alloy and / or titanium. Different materials can be used to make the blade parts, including the cover plate and the other parts of the blade parts.
  • the cover plate may be fixed by welding to the blade part, for example by electron beam welding.
  • the output straightening vane, the turbomachine and the method according to the invention may comprise any of the previously mentioned characteristics, taken separately or in any technically possible combination with other characteristics.
  • FIGS. 1a and 1b show, in perspective, two views of an example of a stator vane according to the invention
  • FIG. 2 is a view along II of FIGS. 1a and 1b
  • FIG. 3 illustrates the partial manufacture of the blade of FIGS. 1a and 1b for setting up means for circulating a fluid to be cooled
  • FIG. 4 represents, in perspective, the blade of FIGS. 1a and 1b provided with means for circulating a fluid to be cooled
  • FIG. 5 represents, in perspective, an example of a stator part according to the invention
  • FIGS. 6 and 7 are respectively diagrammatic and partial views along VI and VII of the stator portion of FIG. 5;
  • FIG. 8 represents an alternative embodiment of the stator portion of FIG. 7, and
  • FIG. 9 illustrates, in perspective, an alternative embodiment of the stator part of FIG. 5,
  • FIG. 10 represents, in perspective, another example of a stator part according to the invention.
  • FIG. 11 illustrates the partial manufacture of a stator blade of a stator part according to the invention for the implementation of circulation means of a fluid to be cooled
  • FIGS. 12a and 12b show two examples of channels formed by lamellae that can be integrated into a thermal conduction structure of a stator part according to the invention.
  • FIG. 13 represents, seen in an orthoradial plane, another example of a stator part according to the invention.
  • stator vane 1 there is shown in perspective an example of stator vane 1 according to the invention.
  • the blade 1 comprises an assembly of three blade parts 3a, 3b and 3c arranged to form between them two flow passages of the air flow 5a and 5b to allow the heat of a fluid to be cooled to be dissipated, particularly the oil of the lubrication circuit.
  • the blade 1 also comprises circulation means 2 for the oil to be cooled, which can be seen in FIGS. 3 and 4.
  • circulation means 2 comprise channels 7 for the flow of oil, which can be seen in FIG. 3, and oil circulation pipes 8, visible in FIG. 4.
  • FIG. 2 is a view along II of FIGS. 1a and 1b. It illustrates the representation of the blade 1 when observed in plan view of the free end of the blade or in a plane orthogonal to the longitudinal direction of the blade.
  • the three blade portions 3a, 3b, 3c have an aerodynamic profile similar to that of a bearing surface, namely a profile having a difference in curvature between its parts high and low, in particular a substantially flat bottom portion and a substantially curved upper portion.
  • the aerodynamic profile of each blade part could be different and chosen according to the desired performance of the turbomachine.
  • the three blade parts 3a, 3b and 3c can be arranged to define between them an aerodynamic profile of a conventional stator blade.
  • the outer casing E in which the blade parts 3a, 3b and 3c are inscribed may define the contour of a conventional stator blade.
  • the profile may thus comprise a leading edge 9a, defined by the first 3a and second 3b parts of blade, a relatively thick median section 9b in the extension of the leading edge 9a, defined by the first 3a and second 3b parts dawn, and a trailing edge 9c thinner than the median section 9b and located in the extension of the median section 9b, the trailing edge 9c being defined by the third blade portion 3c.
  • the leading edge 9a is formed by the ends of the first 3a and second 3b parts of blade.
  • the first blade portion 3a and the second blade portion 3b are superimposed relative to each other so as to define a gap between the first 3a and second 3b blade portions forming the flow passage 5a of the air flow.
  • the second 3b and third 3c blade portions are superimposed relative to each other so as to define a gap forming the flow passage 5b of the air flow.
  • holding sections 4a and 4b are provided on which the blade parts 3a, 3b and 3c are fixed.
  • a first holding section 4a may be located halfway up the stator vane 1 extending in a plane orthogonal to the longitudinal direction of the vane 1
  • a second holding section 4b may be provided at one end of the blade 1 intended to be fixed to the remainder of the turbomachine, also extending in a plane orthogonal to the longitudinal direction of the blade 1.
  • holding sections could be present at each end of the stator vane 1.
  • a holding section in particular the middle holding section
  • FIG. 3 illustrates the partial manufacture of a blade portion 3 of the stator vane 1 according to the invention, and in particular the production of circulation means 2 on the vane to allow the circulation of the vane oil. lubrication.
  • the surface of the blade portion 3 can in particular comprise flow channels 7, made for example by machining the surface of the blade part 3.
  • a cover plate 6 is then fixed on the surface of the part of the blade part. blade 3 so as to cover the channels 7 formed.
  • the cover plate 6 may for example be fixed by welding, in particular by electrode beam welding.
  • the surface of the blade part 3 provided with flow channels 7 covered with a smooth cover plate 6 may allow the blade part to act in the manner of a heat exchanger of the type oil / air without fins.
  • the cover plate 6 may be a metal plate having a high thermal conductivity.
  • the blade portion 3 can be made of metal, preferably with high thermal conduction, for example a metal alloy such as an aluminum alloy / or a titanium alloy.
  • the blade portion 3 may be any one of the first 3a, second 3b and third 3c blade portions.
  • the oil can thus flow into the flow channels 7 according to the arrows F1 shown in FIG. 3 and the air flow can traverse the surface of the cover plate 6 according to the arrows F2 shown in FIG.
  • FIG. 4 represents the stator vane 1 according to the invention comprising circulation means 2 for the oil provided with pipes 8 for circulating the oil.
  • the circulation pipes 8 allow the distribution of the oil in the flow channels 7 described above.
  • the flow pipes 8 are distributed on the side surfaces of the blade portions 3a to 3c so as to open into the flow channels 7.
  • the distribution of the oil in the flow channels 7 by means of the pipes 8 can be carried out so as to maximize the average temperature on the surface of the blade parts to obtain maximum efficiency of the blade 1 acting as a heat exchanger heat.
  • the flow hoses 8 can be connected to the lubricating oil circuit of the turbomachine to drive the oil into the flow channels 7.
  • stator vane 1 is advantageously an OGV output straightening vane integrated in an OGV output straightening vane, but it could be otherwise.
  • the stator vane 1 could belong to another stage of the stator of the turbomachine.
  • the axis M corresponds to the axis of rotation of the turbomachine and the axis R corresponds to the radial axis.
  • stator parts 10 and 100 described hereinafter with reference to FIGS. 5 to 13 may comprise a stator vane 1 as described above.
  • stator vanes 20 and 300 described below may be of the type of a stator vane 1 as described above.
  • they can be integrated into an OGV output straightening vane according to the invention. Referring to Figure 5, there is shown in perspective an example of a stator portion 10 according to the invention.
  • the stator portion 10 comprises a stator vane 20, a set of lamellae 30 associated with the stator vane 20 and circulation means 60 of a fluid to be cooled, in particular oil of the lubrication circuit of the turbomachine.
  • the set of lamellae 30 comprises four lamellae 30 which extend in planes parallel to each other and parallel to the plane in which the stator vane 20 extends.
  • the lamellae 30 and the stator vane 20 are arranged relative to each other to define flow passages 40 of the air flow therebetween.
  • the strips 30 all have the same length in the direction of the radial axis R of the turbomachine.
  • the gap between the lamellae 30 is constant and the thickness of the lamellae 30 is also constant.
  • the circulation means 60 comprise circulation pipes 60 which extend inside the stator vane 20 and which pass through the lamellae 30.
  • the circulation means comprise three stages 80a, 80b and 80c of pipes 60, two stages 80a and 80c of pipes being located at level of the radial ends of the lamellae 30 outside the vein V to avoid the creation of aerodynamic drag and a median stage 80b being located in the vein V.
  • the circulation means 60 of the fluid to be cooled can be fixed to the lamellae 30, in particular by welding, so as to transfer a thermal flow by conduction.
  • FIG. 7 is a view along VII of the stator portion 10 of FIG.
  • each blade 30 has a leading edge 90a, a median section 90b and a trailing edge 90c.
  • the thickness of each lamella 30 is substantially constant on the leading edge 90a and the median section 90b, then decreases at the trailing edge 90c.
  • the lamellae 30 are arranged with respect to the stator vane 20 so that there is a plane E 'passing through the stator vane 20 and the lamellae 30. , the plane E 'being parallel to the plane P perpendicular to the rope C of the stator vane 20 and containing the mediator m of the rope C of the stator vane 20.
  • the lamellae 30 are inscribed in an angular sector a whose bisector B coincides with the mediator m of the rope C of the stator vane 20.
  • the slats 30 are traversed by pipes 60 containing the hot oil to cool, the latter flowing in the direction of the arrows F2 '.
  • the flow of air flows moreover in the direction of the arrows F1 'between the lamellae 30 and the stator vane 20 so as to allow dissipation of the heat of the oil.
  • the interface between the lamellae 30 and the pipes 60 can be made to maximize the heat exchange, for example by welding.
  • the stator portion 10 comprises four lamellae 30 whose lengths in the orthoradial plane grow away from the stator vane 20.
  • the lamella 30 closest to the stator vane 20 has a length L1 less than the length L4 of the blade 30 furthest from the stator vane 20.
  • Figure 8 shows an alternative embodiment of a stator portion 10 according to the invention.
  • five strips 30 are associated with the stator vane 20.
  • the lamellae 30 have substantially the same length L in the orthoradial plane and are distributed in translation relative to the stator vane 20.
  • the lamellae 30 are all traversed by circulation pipes 60.
  • the circulation means 60 may comprise only stages 80a and 80c of pipes 60 at the radial ends of the lamellae 30.
  • the contact between the pipes 60 and the lamellae 30 is punctual.
  • the pipes 60 may for example meander around the lamellae 30 so as to increase the heat exchange area.
  • the passage of the pipes 60 inside the stator vane 20 can reduce the aerodynamic drag.
  • the circulation pipes 60 and in particular the different pipe stages 60, can be streamlined in order to limit the aerodynamic drag.
  • the pipes 60 may be covered with fairing structures 70, as illustrated in FIG. 9.
  • the fairing structures 70 may also allow the different slats to be mechanically held together.
  • Pipes 80 may be connected to the lubricating oil circuit of the turbomachine.
  • stator portion 10 is advantageously chosen for a rectifying portion of an OGV output straightening vane, but it could be otherwise.
  • the stator portion 10 could belong to another stage of the stator of the turbomachine.
  • stator portion 10 could be implanted upstream of the turbomachine separation spout, both in the primary flow and the secondary flow, replacing in particular the exit straightening vane. OGV and IGV input straightening vane.
  • the passage of the pipes 60 of circulation could then be done only outside the vein.
  • the separation nozzle can exchange heat, which can allow an increase in the heat exchange and can ensure for example the deicing of the separation nozzle.
  • the axis M corresponds to the axis of rotation of the turbomachine and the axis R" corresponds to the radial axis.
  • the stator portion 100 comprises a stator vane 300 and an aerodynamic element 400a, a thermal conduction structure 500 being placed between the stator vane 300 and the aerodynamic element 400a.
  • An air flow represented by the arrows F2 ", comes into contact with the stator vane 300, the aerodynamic element 400a and the thermal conduction structure 500 as it passes therethrough.
  • the stator portion 100 further comprises means 200 for circulating a fluid to be cooled, in particular oil, by the thermal conduction structure 500 in contact with the air flow.
  • the circulation means 200 of the oil to be cooled comprise channels
  • stator vane 300 and inside the aerodynamic element 400a placed inside the stator vane 300 and inside the aerodynamic element 400a, and oil circulation pipes 800 which pass radially through the inside of the aerodynamic element 400a.
  • stator vane 300 and the inside of the aerodynamic element 400a and open on the inner and outer surfaces of the stator vane 300 and the aerodynamic element 400a.
  • the oil circulates inside the flow pipes 800 and inside the flow channels 700 in the direction of the arrows Fl ".
  • the thermal conduction structure 500 makes it possible to increase the exchange surface over which the airflow flows and thus to increase the heat transfer by thermal conduction and therefore the heat dissipation of the oil circuit.
  • the thermal conduction structure 500 comprises a set of thermally conductive lamellae 900. These lamellae 900 are arranged in a regular manner within the thermal conduction structure 500 and form hollow ducts within which the flow of air flows, these ducts having in this example a triangular section.
  • FIG. 12a Such an example of lamellae 900 used in the thermal conduction structure 500 of the stator portion 100 of FIG. 10 is shown in FIG. 12a.
  • the assembly of the lamellae 900 can thus make it possible to form an air duct of triangular section.
  • the lamellae 900 may also be folded, especially in accordion, for example to form a triangular section conduit.
  • 900 slats can be of all types.
  • FIG. 12b represents, for example, lamellae 900 forming a curved hollow duct of rectangular section. In particular, if only 900 horizontal (orthoradial) lamellae are available, this rectangular section pipe will extend over the entire width of the thermal conduction structure 500.
  • the lamellae 900 advantageously comprise a material with a high thermal conductivity, being in particular metal lamellae.
  • the thermal conduction structure 500 is further closed by an outer surface 500a and an inner surface (only the outer surface 500a is visible in Figure 10).
  • the outer surface 500a and the inner surface extend respectively in the outer plane containing the outer surfaces of the stator vane 300 and the aerodynamic member 400a, and the inner plane containing the inner surfaces of the stator vane 300 and the aerodynamic element 400a.
  • the stator vane 300 corresponds to a conventional stator vane of a turbomachine, in particular an OGV output straightening blade.
  • the aerodynamic element 400a has an aerodynamic profile substantially identical to that of a conventional stator vane, having a leading edge, a relatively thick middle section and a thinner trailing edge.
  • the aerodynamic element 400a is superposed orthoradially to the stator vane 300.
  • FIG. 11 illustrates the partial manufacture of a stator vane 300 of a stator portion 100 according to the invention, and in particular the production of circulation means 200 on the vane 300 to allow the circulation of the vane oil. lubrication.
  • the surface of the stator vane 300 may in particular comprise flow channels 700, made for example by machining the surface of the vane 300.
  • a cover plate 600 is then fixed on the surface of the vane 300 of in order to cover the formed channels 700.
  • the cover plate 600 may for example be fixed by welding, in particular by electrode beam welding. In this way, the surface of the blade 300 provided with flow channels 700 covered with a smooth cover plate 600 can allow the blade 300 to act in the manner of an oil / heat exchanger. air without fins.
  • the cover plate 600 may be a metal plate having a high thermal conductivity.
  • the blade 300 may be made of metal, preferably with high thermal conduction, for example a metal alloy such as an aluminum alloy / or a titanium alloy.
  • the oil can thus flow into the flow channels 700 according to the arrows F1 'shown in FIGS. 10 and 11 and the air flow can traverse the surface of the cover plate 600 according to the arrows F2' shown on FIG. Figure 11.
  • FIG. 11 illustrates the partial manufacture of the stator vane 300
  • the characteristics described above can be applied analogously to the partial fabrication of the aerodynamic element of the stator portion 100.
  • Figure 13 shows another embodiment of a stator portion 100 according to the invention.
  • stator vane constitutes a first stator vane 300 and the aerodynamic element constitutes a second stator vane 400b adjacent to the first stator vane 300.
  • first stator vane 300 and the second stator vane 400b are adjacent stator vanes of the same vane, for example an OGV output straightening vane.
  • the thermal conduction structure 500 is fixed between the first stator blade 300 and the second stator blade 400b.
  • stator portion 100 from a first stator blade 300 and a second stator blade 400b disposed adjacently on the same vane, between which a thermal conduction structure 500 comprising Lamella 900 is mounted, can increase the heat dissipation capacity in a simplified and fast manner.
  • the thermal conduction structure 500 of the stator portion 100 of FIG. 13 may comprise lamellae 900 forming channels of all types, for example examples such as those shown in Figures 12a and 12b.
  • the channels may have a curvature similar to that of the first stator vane 300 and / or that of the second stator vane 400b.
  • stator portion 100 is advantageously integrated with an OGV output straightening vane, but it could be otherwise.
  • the stator portion 100 could belong to another stage of the stator of the turbomachine.
  • the circulation means 2 of the fluid to be cooled can be of any type and other than a system comprising flow channels 7 and 8 flow pipes.
  • the fluid circulation means could be arranged to allow heat conduction of heat from the heart of the blade parts to their surface.
  • the circulation means 2 may be devoid of flow pipes.
  • the fluid to be cooled can for example circulate only in the blade parts, for example in the flow channels 7.
  • the circulation means 2 of the fluid to be cooled may be independent of the parts of blades 3a to 3c.
  • the stator vane 1 can be configured in such a way that the fluid to be cooled, in particular the oil, can not circulate in the blade parts.
  • the circulation means 2 may for example comprise a heat pipe, for example positioned on at least one surface of one or more blade parts, arranged to carry heat from one or more ends of one or more parts of dawn. towards their surface, this transfer of heat by heat pipe being in particular made possible thanks to the principle of heat transfer by phase transition of the fluid.
  • the use of a properly dimensioned heat pipe in association with the blade parts can achieve a higher thermal conductivity than that of a common metal, for example aluminum, which can allow heat dissipation higher than by simple conduction.
  • the distribution of the lamellae 30 may be different depending on the desired performance for the stator portion. Their shape and / or orientation may also vary.
  • the oil circuit of the turbomachine can be made to avoid the radial passage of one or more pipes 60 in the vein, so as to reduce the thickness of the stator portion.
  • a ring of pipes 60 could be provided in the internal and external veins.
  • An exchanger oil / coolant can for example be added.
  • the circulation means 200 of the fluid to be cooled may be independent of the stator vane 300 and / or the aerodynamic element 400a or 400b.
  • the stator vane 300 and / or the aerodynamic element 400a or 400b can be configured in such a way that the fluid to be cooled, in particular the oil, can not circulate inside the stator vane. 300 and / or the aerodynamic element 400a or 400b.
  • the circulation means 200 may for example comprise a heat pipe, for example positioned on at least one surface of the stator vane 300 and / or the aerodynamic element 400a or 400b, arranged to transport the heat of one or more extremities.
  • Another coolant that oil could be used to prevent the passage of oil in the stator vane 300 and / or the aerodynamic element 400a or 400b, and in particular to avoid loss of lubrication in the event of rupture of the stator vane 300 and / or of the aerodynamic element 400a or 400b in flight.
  • An exchanger oil / coolant can for example be added.

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Abstract

L'objet principal de l'invention est une aube de stator (1) pour turbomachine, caractérisée en ce qu'elle est formée par un ensemble de parties d'aube (3a, 3b, 3c) agencées les unes par rapport aux autres pour définir des passages (5a, 5b) d'écoulement du flux d'air entre les parties d'aube, et en ce qu'elle comporte des moyens de circulation (2) d'un fluide à refroidir par ledit flux d'air.

Description

AUBAGE DE REDRESSEMENT DE SORTIE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte au domaine des turbomachines, et notamment à celui des échangeurs de chaleur installés dans les turbomachines d'aéronef. L'invention se réfère également au domaine des aubes de stator qui équipent de telles turbomachines. Elle concerne plus particulièrement une aube de stator pour turbomachine, ainsi qu'un aubage de redressement de sortie (OGV) et une turbomachine comportant une telle aube de stator.
L'invention s'applique à tout type de turbomachines terrestres ou aéronautiques, et notamment aux turbomachines d'aéronef telles que les turboréacteurs et les turbopropulseurs.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Les études actuelles et les évolutions possibles des turboréacteurs pour accroître le taux de dilution envisagent d'utiliser des réducteurs de vitesse de rotation pour l'entraînement en rotation de la soufflante. C'est aussi le cas pour les turbopropulseurs pour la liaison du moteur et de l'hélice. De tels réducteurs de vitesse peuvent permettre de faire tourner la soufflante à une vitesse plus faible que le compresseur basse pression par exemple, à des fins d'amélioration du rendement.
Ces réducteurs de vitesse transmettent des puissances importantes et réchauffement des composants du réducteur entraîne le dégagement d'une quantité conséquente de chaleur qui est dissipée dans le circuit fermé pour la circulation de l'huile de lubrification des structures internes du turboréacteur. Un refroidissement efficace de l'huile du circuit de lubrification doit ainsi être mis en place pour maintenir un niveau de température acceptable. En effet, dans un moteur équipé d'un réducteur de vitesse la puissance thermique dissipée est environ trois fois plus importante que celle dissipée dans un moteur conventionnel. Cette chaleur est évacuée par un débit d'huile important.
Il est déjà connu de refroidir l'huile par des échangeurs de chaleur huile/carburant qui réchauffent le carburant délivré au moteur et/ou des échangeurs de chaleur huile/air.
En ce qui concerne les échangeurs de chaleur huile/carburant (ou FCOC pour « Fuel Cooling Oil Cooler » en anglais), leur capacité de dissipation est limitée par le débit de carburant. De ce fait, ce type d'échangeur ne permet pas d'augmenter significativement la capacité de dissipation de chaleur.
Les échangeurs de chaleur huile/air (ou ACOC pour « Air Cooled Oil
Cooler » en anglais) permettent en revanche d'obtenir une capacité de dissipation de chaleur importante compte tenu du débit d'air élevé. Deux types de ces échangeurs huile/air sont habituellement utilisés et détaillés ci-après.
Les échangeurs surfaciques (ou « surface cooler » en anglais) comportent une surface généralement rectangulaire sur laquelle sont fixés, d'un côté de la surface, des canaux d'écoulement pour l'huile et éventuellement, de l'autre côté de la surface, des lames (ou ailettes) métalliques pour l'écoulement de l'air. La chaleur peut ainsi être transférée de l'huile chaude vers les lames métalliques par conduction thermique, ces lames se refroidissant au contact de l'air. Ce type d'échangeur est généralement placé directement sur les parois de la veine. L'efficacité de ce type d'échangeur est faible si aucune ailette n'est prévue pour l'écoulement de l'air du fait d'une surface d'échange réduite. Muni d'ailettes, l'échangeur présente une efficacité plus importante pour refroidir l'huile mais la traînée aérodynamique est alors fortement augmentée.
Les échangeurs à bloc (ou « brick cooler » en anglais) consistent classiquement en un empilement de plaques métalliques parcourues par le fluide à refroidir. Ces plaques sont espacées les unes des autres et des lamelles métalliques sont placées entre ces plaques, celles-ci étant généralement soudées. Les plaques sont alimentées en fluide par des tuyaux distributeurs orthogonaux à ces plaques. Les circuits d'huile et d'air restent ségrégés. L'ensemble est placé dans un flux d'air, soit directement dans la veine soit dans un canal alimenté par une écope. La présence des plaques métalliques dans lesquelles le fluide circule ainsi que la présence des tuyaux distributeurs et des ailettes dans le flux d'air engendre une forte traînée aérodynamique.
En dépit des inconvénients mentionnés ci-dessus concernant les échangeurs surfaciques et les échangeurs à bloc, les besoins croissants en capacité de dissipation de chaleur des turboréacteurs équipés de réducteurs de vitesse nécessitent actuellement leur utilisation et il faut ainsi prévoir un dimensionnement des échangeurs en conséquence, par exemple par une installation en plus grand nombre et/ou avec un volume plus important.
Toutefois, cela entraîne plusieurs contraintes et inconvénients. Un mauvais positionnement des échangeurs, par exemple dans un flux non redressé tel qu'entre la soufflante et les aubes de redressement de sortie, encore appelées aubes de guidage de sortie et connues sous l'acronyme OGV pour « Outlet Guide Vanes » en anglais, peut entraîner de fortes pertes de charge dans l'écoulement d'air et nuire aux performances du turboréacteur. Les possibilités d'implantation des échangeurs sont donc réduites et ils sont souvent placés en aval des aubes de redressement de sortie OGV. Cependant, l'encombrement des échangeurs pose de nombreuses difficultés lors de l'installation et impose très souvent de libérer des espaces dans la veine. Généralement, cela se fait en éliminant des surfaces de traitement acoustique, ce qui entraîne une augmentation des émissions acoustiques du turboréateur.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
L'invention a pour but de remédier au moins partiellement aux inconvénients mentionnés ci-dessus, relatifs aux réalisations de l'art antérieur.
L'invention a notamment pour but de permettre une augmentation de capacité de dissipation de chaleur sans pour autant impacter les performances d'une turbomachine.
L'invention a ainsi pour objet, selon l'un de ses aspects, une aube de stator pour turbomachine, caractérisée en ce qu'elle est formée par un ensemble de parties d'aube agencées les unes par rapport aux autres pour définir des passages d'écoulement du flux d'air entre les parties d'aube, et en ce qu'elle comporte des moyens de circulation d'un fluide à refroidir, notamment de l'huile, par ledit flux d'air.
Les passages d'écoulement du flux d'air peuvent ainsi permettre de dissiper, au moins partiellement, la chaleur du fluide à refroidir.
Grâce à l'invention, il est possible d'utiliser des surfaces déjà existantes de la turbomachine, notamment des surfaces d'aubes de redressement du stator, pour dissiper de la chaleur en évitant ainsi, ou en limitant, le rajout d'échangeurs selon l'art antérieur. L'invention peut ainsi permettre d'obtenir un gain en termes d'encombrement et de profil aérodynamique. L'invention peut notamment permettre d'implanter la fonction d'échangeur de chaleur au niveau des aubes de redressement de sortie OGV. La division en plusieurs parties de l'aube, notamment d'une aube de redressement de sortie OGV, peut permettre d'augmenter la surface d'échange tout en limitant l'importance de la traînée aérodynamique grâce aux formes aérodynamiques de l'aube. L'invention peut en outre permettre d'éviter le recours à l'ajout d'ailettes ou autres dispositifs permettant d'augmenter l'échange thermique mais augmentant la traînée aérodynamique. Enfin, l'invention peut plus généralement permettre d'accroître les performances aérodynamiques et acoustiques de la turbomachine.
L'aube de stator selon l'invention peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises isolément ou suivant toutes combinaisons techniques possibles.
L'aube de stator peut être une aube de redressement, notamment une aube de redressement de sortie OGV.
Les parties d'aube peuvent permettre de former une aube de stator multi-profils, agissant notamment comme un échangeur de chaleur pour refroidir le fluide au moyen du flux d'air. L'utilisation de parties d'aube peut permettre d'augmenter la surface d'échange de l'aube significativement tout en limitant l'impact sur les performances aérodynamiques de l'aube.
Les parties d'aube peuvent former différents profils aérodynamiques et peuvent permettre d'assurer le redressement du flux d'air. Les moyens de circulation du fluide à refroidir peuvent être agencés pour permettre la circulation du fluide au voisinage des surfaces de l'aube de façon à dissiper la chaleur du fluide.
Les surfaces de l'aube sont préférentiellement non munies de dispositifs permettant d'augmenter l'échange thermique, par exemple des ailettes. Les surfaces de l'aube ne sont préférentiellement pas traitées acoustiquement de sorte que les performances acoustiques de la turbomachine ne sont pas impactées.
Chaque partie d'aube peut être superposée orthoradialement à au moins une autre partie d'aube, voire par exemple deux autres parties d'aube. Les écarts entre les parties d'aubes peuvent définir les passages d'écoulement du flux d'air.
Les parties d'aubes peuvent être agencées de sorte que l'aube présente, lorsqu'observée dans un plan orthogonal à la direction longitudinale de l'aube ou en vue de dessus de l'extrémité libre de l'aube, un profil aérodynamique sensiblement identique à celui d'une aube de stator connue en soi, comportant un bord d'attaque, une section médiane relativement épaisse et un bord de fuite plus mince.
En variante, l'agencement des parties d'aube peut être différent et choisi de façon à améliorer les propriétés aérodynamiques de l'aube.
Ainsi, le nombre des parties d'aube, leur forme ou géométrie et leur positionnement les unes par rapport aux autres peuvent varier, étant notamment adaptées en fonction des performances souhaitées pour la turbomachine.
L'aube peut comporter au moins trois parties d'aube, les première et deuxième parties d'aube définissant entre elles, au moins partiellement, le bord d'attaque et la section médiane du profil aérodynamique de l'aube et la troisième partie d'aube définissant, au moins partiellement, le bord de fuite du profil aérodynamique de l'aube. En particulier, le bord d'attaque de l'aube peut être défini par des extrémités des première et deuxième parties d'aube. Le bord de fuite de l'aube peut être défini par une extrémité de la troisième partie d'aube.
L'écartement entre deux parties d'aube consécutives peut être identique pour toutes les parties d'aube. Au moins une partie d'aube, mieux toutes les parties d'aube, peut avoir un profil aérodynamique sensiblement identique à celui d'une surface portante.
L'aube peut comporter une ou plusieurs sections de maintien, réparties notamment sur la hauteur de l'aube, pour assurer la tenue mécanique des parties d'aube entre elles.
Les moyens de circulation du fluide à refroidir peuvent comporter des canaux d'écoulement du fluide formés sur au moins une partie d'aube, mieux toutes les parties d'aube, et recouverts par une plaque de recouvrement définissant une surface extérieure de la partie d'aube.
Les moyens de circulation du fluide à refroidir peuvent comporter des tuyaux de circulation du fluide situés sur au moins une partie d'aube, les tuyaux de circulation permettant notamment la distribution du fluide dans les canaux d'écoulement.
L'aube de stator peut notamment être une aube de redressement de sortie OGV. Les évolutions envisagées des aubes de redressement de sortie OGV semblent vouloir favoriser l'usage d'aubes à large corde qui présentent une épaisseur plus importante. L'aube de stator selon l'invention peut avantageusement être adaptée à une aube à large corde.
L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, une partie de stator pour turbomachine comportant une aube de stator, caractérisée en ce qu'elle comporte de plus :
- un ensemble de lamelles associées à ladite aube de stator, les lamelles et ladite aube de stator étant agencées les unes par rapport aux autres pour définir des passages d'écoulement du flux d'air entre elles,
- des moyens de circulation d'un fluide à refroidir par ledit flux d'air.
Les passages d'écoulement du flux d'air peuvent ainsi permettre de dissiper, au moins partiellement, la chaleur du fluide à refroidir.
La partie de stator peut comporter l'une quelconque des caractéristiques précédemment énoncées, prises isolément ou selon toutes combinaisons techniquement possibles avec d'autres caractéristiques. En particulier, la partie de stator peut comporter une aube de stator telle que définie précédemment, formée par un ensemble de parties d'aube agencées les unes par rapport aux autres pour définir des passages d'écoulement du flux d'air entre les parties d'aube, et comportant des moyens de circulation d'un fluide à refroidir, notamment de l'huile, par ledit flux d'air.
La présence d'un ensemble de lamelles associées à l'aube de stator pour former la partie de stator peut permettre d'augmenter la surface d'échange tout en limitant l'importance de la traînée aérodynamique grâce aux formes aérodynamiques de l'aube. En particulier, la partie de stator peut présenter un maître-couple comparable à celui d'une aube de stator conventionnelle, par exemple une aube de redressement de sortie OGV. Aussi, la traînée aérodynamique de la partie de stator peut être inférieure à la traînée aérodynamique d'un ensemble formé par une aube de redressement de sortie OGV conventionnelle associée à un échangeur de chaleur conventionnel.
La partie de stator peut être située à un emplacement conventionnel d'une aube de stator, notamment une aube de redressement, conventionnelle d'une turbomachine.
L'aube de stator peut avoir la forme d'une aube conventionnelle d'une turbomachine. L'aube de stator peut par exemple être une aube de redressement, notamment une aube de redressement de sortie OGV.
Les lamelles peuvent être réalisées de sorte à minimiser la traînée aérodynamique qui en résulte. Les lamelles peuvent être sous la forme de plaques courbées.
L'ensemble de lamelles peut comporter au moins deux lamelles, mieux trois, mieux quatre, mieux encore cinq, par exemple entre deux et six lamelles.
Les lamelles peuvent toutes présenter la même longueur dans la direction de l'axe radial de la turbomachine. En variante, au moins deux lamelles, voire toutes les lamelles, peuvent présenter des longueurs différentes. Les lamelles peuvent par exemple présenter des longueurs croissantes en éloignement de l'aube de stator.
Les lamelles peuvent, au moins en partie et mieux en totalité, s'étendre selon des plans courbes parallèles entre eux, ou des lignes courbes parallèles entre elles lorsque les lamelles sont observées dans un plan orthoradial. Les lamelles peuvent encore s'étendre, au moins en partie et mieux en totalité, dans le plan orthoradial selon des lignes courbes parallèles à la ligne courbe selon laquelle l'aube de stator s'étend.
Les lamelles peuvent être orientées selon des directions radiales plutôt que parallèlement à l'aube de stator. De la sorte, il peut être possible d'améliorer la capacité de la partie de stator selon l'invention à être répétée circulairement, en particulier lorsque le nombre de lamelles est élevé.
Les lamelles peuvent présenter une longueur radiale supérieure à celle de l'aube de stator.
Les lamelles et/ou l'aube de stator peuvent comporter un matériau métallique, par exemple un alliage métallique, par exemple un alliage d'aluminium et/ou de titane. Des matériaux différents ou identiques peuvent être utilisés pour réaliser les lamelles. De même, l'aube de stator peut comporter un matériau identique ou différent de ceux des lamelles.
L'aube de stator et les lamelles peuvent être écartées les unes des autres, notamment d'une même distance ou écart constant, les écarts définissant les passages d'écoulement du flux d'air. L'écart entre les lamelles peut être variable ou non. Les lamelles peuvent être écartées les unes des autres d'une même distance, différente ou non de la distance entre l'aube de stator et la lamelle qui lui est adjacente.
Au moins une partie des lamelles, notamment la totalité des lamelles, peut présenter une épaisseur sensiblement constante.
Chaque lamelle peut présenter un bord d'attaque, une section médiane et un bord de fuite. L'épaisseur de chaque lamelle peut être sensiblement constante sur le bord d'attaque et la section médiane, puis décroître au niveau du bord de fuite.
L'épaisseur de chaque lamelle peut être plus faible que l'épaisseur moyenne de l'aube de stator.
Au moins deux lamelles peuvent être disposées par rapport à l'aube de stator de sorte qu'il existe au moins un plan traversant au moins l'aube de stator et lesdites au moins deux lamelles. Ledit au moins un plan peut être parallèle au plan perpendiculaire à la corde de l'aube de stator et contenant la médiatrice de la corde de l'aube de stator.
Les lamelles peuvent être inscrites dans un secteur angulaire dont la bissectrice est sensiblement confondue avec la médiatrice de la corde de l'aube de stator.
Les lamelles peuvent présenter sensiblement la même longueur dans un plan orthoradial et peuvent être réparties de manière homothétique par rapport à l'aube de stator.
Les moyens de circulation du fluide à refroidir peuvent comporter des tuyaux de circulation du fluide s'étendant dans l'aube de stator et traversant les lamelles. Les tuyaux peuvent traverser l'intérieur de l'aube de stator d'une extrémité radiale à l'autre.
Les moyens de circulation du fluide à refroidir peuvent être fixés aux lamelles, notamment par soudure, de façon à transférer un flux thermique par conduction.
L'aube de stator peut permettre le passage radial des tuyaux de circulation du fluide à refroidir dans la veine.
Au moins une portion des tuyaux peut être située à une extrémité radiale des lamelles de sorte à être en dehors de la veine pour éviter la création d'une traînée aérodynamique.
En particulier, les tuyaux peuvent être répartis radialement selon plusieurs étages. Par exemple, les tuyaux peuvent être répartis radialement selon au moins trois étages, deux étages étant par exemple situés en dehors de la veine et un étage médian étant situé dans la veine.
Les tuyaux de circulation du fluide à refroidir peuvent en outre être carénés pour limiter la traînée aérodynamique. En particulier, des structures de carénage peuvent recouvrir les tuyaux de circulation. Les structures de carénage peuvent permettre un maintien mécanique des lamelles ensemble.
L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, une partie de stator pour turbomachine comportant une aube de stator, caractérisée en ce qu'elle comporte de plus : - une structure de conduction thermique au niveau de laquelle un flux d'air vient au contact, agencée sur l'aube de stator,
- des moyens de circulation d'un fluide à refroidir par ladite structure de conduction thermique au contact dudit flux d'air,
- un élément aérodynamique, pourvu d'un profil aérodynamique, au niveau duquel est agencée ladite structure de conduction thermique.
La partie de stator peut comporter l'une quelconque des caractéristiques précédemment énoncées, prises isolément ou selon toutes combinaisons techniquement possibles avec d'autres caractéristiques.
En particulier, la partie de stator peut comporter une aube de stator telle que définie précédemment, formée par un ensemble de parties d'aube agencées les unes par rapport aux autres pour définir des passages d'écoulement du flux d'air entre les parties d'aube, et comportant des moyens de circulation d'un fluide à refroidir, notamment de l'huile, par ledit flux d'air.
L'écoulement du flux d'air au contact de la structure de conduction thermique, notamment au travers de la structure de conduction thermique, peut permettre de dissiper, au moins partiellement, la chaleur du fluide à refroidir. L'échange thermique par conduction entre le fluide à refroidir et le flux d'air peut être d'autant plus important, et la chaleur dissipée d'autant plus importante, que la surface d'échange de la structure de conduction thermique est importante.
La surface d'échange par conduction thermique offerte par la structure de conduction thermique peut permettre d'augmenter la capacité d'échange thermique entre le flux d'air et le fluide à refroidir.
L'élément aérodynamique peut permettre de supporter au moins en partie la structure de conduction thermique tout en participant également au redressement du flux d'air grâce à son profil aérodynamique. De la sorte, la présence de l'élément aérodynamique peut, le cas échéant, permettre de réduire le nombre total d'aubes de stator nécessaires pour le redressement du flux, par exemple le nombre total des aubes de redressement de sortie OGV. La partie de stator peut être située à un emplacement conventionnel d'une aube de stator, notamment une aube de redressement, conventionnelle d'une turbomachine.
L'aube de stator et/ou l'élément aérodynamique peuvent avoir la forme d'une aube conventionnelle d'une turbomachine. L'aube de stator et/ou l'élément aérodynamique peuvent par exemple être une aube de redressement, notamment une aube de redressement de sortie OGV.
La partie de stator peut agir comme un échangeur de chaleur permettant de refroidir le fluide au moyen du flux d'air. L'utilisation de la structure de conduction thermique peut permettre d'augmenter la surface d'échange significativement tout en limitant l'impact sur les performances aérodynamiques.
Les moyens de circulation du fluide à refroidir peuvent être agencés pour permettre la circulation du fluide au voisinage des surfaces de l'aube de stator et/ou de l'élément aérodynamique de façon à dissiper la chaleur du fluide.
L'élément aérodynamique peut être superposé orthoradialement à l'aube de stator. De même, la structure de conduction thermique peut être superposée orthoradialement à l'aube de stator et/ou à l'élément aérodynamique.
L'élément aérodynamique peut présenter un profil aérodynamique sensiblement identique à celui d'une aube de stator connue en soi, comportant un bord d'attaque, une section médiane relativement épaisse et un bord de fuite plus mince.
L'agencement de l'aube de stator, de la structure de conduction thermique et de l'élément aérodynamique peut être choisi de façon à améliorer les propriétés aérodynamiques de la partie de stator.
Ainsi, leur nombre, leur forme ou géométrie et leur positionnement les uns par rapport aux autres peuvent varier, étant notamment adaptées en fonction des performances souhaitées pour la turbomachine.
La structure de conduction thermique peut être fixée à l'aube de stator et/ou à l'élément aérodynamique.
La structure de conduction thermique peut se situer au moins partiellement entre l'aube de stator et l'élément aérodynamique. Le placement de la structure de conduction thermique entre l'aube de stator et l'élément aérodynamique peut permettre de protéger ladite structure et notamment de limiter son exposition aux dommages causés par des objets étrangers (encore appelés « FOD » pour Foreign Object Damage en anglais).
La structure de conduction thermique peut comporter un ensemble de lamelles thermiquement conductrices.
L'agencement des lamelles les unes par rapport aux autres peut permettre de définir des passages d'écoulement du flux d'air. Les lamelles peuvent toutes être disposées de façon symétrique ou non au sein de la structure de conduction thermique. En particulier, l'agencement des lamelles au sein de la structure de conduction thermique peut être régulier ou non.
Les lamelles peuvent être de tous types. Les lamelles peuvent par exemple être des plaques thermiquement conductrices, présentant ou non une courbure semblable à celle de l'aube de stator et/ou de l'élément aérodynamique.
Les lamelles peuvent former des conduits creux à l'intérieur desquels s'écoule le flux d'air. La section de tels conduits peut être quelconque, notamment circulaire, ovale ou polygonale, par exemple triangulaire, rectangulaire ou carrée.
Les lamelles peuvent toutes présenter les mêmes dimensions ou non. Les lamelles peuvent toutes comporter un même matériau thermiquement conducteur ou non.
La structure de conduction thermique peut comporter au moins quatre, mieux six, mieux huit lamelles ou plus.
Les lamelles peuvent comporter un matériau à forte conductivité thermique. La forte capacité de conduction thermique des lamelles peut permettre d'augmenter significativement l'efficacité de dissipation de chaleur de la partie de stator selon l'invention. En particulier, les lamelles peuvent être métalliques, comportant par exemple un alliage métallique, par exemple un alliage d'aluminium et/ou de titane. Des matériaux différents ou identiques peuvent être utilisés pour réaliser les lamelles. Les lamelles peuvent être réalisées, notamment dimensionnées, de sorte à minimiser la traînée aérodynamique qui en résulte tout en maximisant la capacité de dissipation thermique.
La répartition, la forme et/ou l'orientation des lamelles peuvent être différentes, par exemple choisies en fonction des performances souhaitées pour la turbomachine.
Dans la présente demande, la direction axiale correspond à la direction de l'axe de rotation M du rotor de la turbomachine, et une direction radiale R est une direction perpendiculaire à l'axe M. Les termes « intérieur » et « extérieur » sont utilisés en référence à une direction radiale R de sorte que la partie intérieure (i.e. radialement intérieure) d'un élément est plus proche de l'axe M que la partie extérieure (i.e. radialement extérieure) du même élément.
La structure de conduction thermique peut être ou non fermée par une surface extérieure et/ou une surface intérieure. Les surfaces extérieure et/ou intérieure de la structure de conduction thermique peuvent respectivement s'étendre dans le plan extérieur contenant la surface extérieure de l'aube de stator et/ou le plan intérieur contenant la surface intérieure de l'aube de stator.
La structure de conduction thermique peut s'étendre de façon continue. En particulier, elle peut s'étendre continûment entre l'aube de stator et l'élément aérodynamique. En particulier, la structure de conduction thermique peut s'étendre continûment depuis la surface latérale de l'aube de stator jusqu'à la surface latérale de l'élément aérodynamique.
L'aube de stator peut constituer une première aube de stator et l'élément aérodynamique peut être une deuxième aube de stator adjacente à la première aube de stator.
En particulier, la première aube de stator et la deuxième aube de stator peuvent ainsi être deux aubes de stator adjacentes appartenant à un même aubage, notamment un aubage de redressement de sortie OGV. La structure de conduction thermique peut être montée entre ces première et deuxième aubes de stator. De la sorte, l'invention peut permettre d'augmenter la capacité de dissipation de chaleur d'aubes de stator de façon simplifiée et rapide par l'ajout d'une structure de conduction thermique, notamment l'ajout de lamelles, entre les deux aubes de stator adjacentes pour former une partie de stator selon l'invention.
De préférence, les première et deuxième aubes de stator sont proches l'une de l'autre, étant notamment superposées au moins partiellement orthoradialement l'une à l'autre.
Les moyens de circulation du fluide à refroidir peuvent comporter des canaux d'écoulement du fluide formés au moins partiellement à l'intérieur de l'aube de stator et/ou à l'intérieur de l'élément aérodynamique.
Le passage du fluide à refroidir à l'intérieure de l'aube de stator et/ou à l'intérieur de l'élément aérodynamique peut permettre de limiter la traînée aérodynamique. De plus, l'association des surfaces lisses de l'aube de stator et/ou de l'élément aérodynamique avec les lamelles de la structure de conduction thermique dans un même emplacement peut permettre de limiter les circuits de fluide à refroidir et d'optimiser au mieux l'utilisation des surfaces d'échange disponibles.
Les moyens de circulation du fluide à refroidir peuvent comporter des tuyaux de circulation du fluide agencés sur l'aube de stator et/ou sur l'élément aérodynamique, notamment traversant l'aube de stator et/ou l'élément aérodynamique et débouchant sur leur surface intérieure et/ou leur surface extérieure, les tuyaux de circulation permettant la distribution du fluide dans les canaux d'écoulement.
En particulier, les canaux d'écoulement peuvent déboucher dans les tuyaux de circulation, notamment à l'intérieur de l'aube de stator et/ou de l'élément aérodynamique.
Les canaux d'écoulement du fluide peuvent être formés sur l'aube de stator et/ou l'élément aérodynamique, puis recouverts par une plaque de recouvrement.
L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un aubage de redressement de sortie (OGV) caractérisé en ce qu'il comporte une aube de stator telle que définie précédemment et/ou une partie de stator telle que définie précédemment. Avantageusement, la localisation d'une aube de stator et/ou d'une partie de stator selon l'invention au niveau de l'aubage de redressement de sortie OGV permet, contrairement aux solutions de l'art antérieur, d'utiliser des surfaces déjà existantes de la turbomachine pour dissiper de la chaleur en évitant ainsi le rajout d'échangeurs thermiques.
De la sorte, un gain en termes d'encombrement et de profil aérodynamique est obtenu.
La division en plusieurs parties d'une aube OGV peut en outre permettre de limiter l'importance de la traînée aérodynamique grâce aux formes aérodynamiques des parties d'aube et l'on peut éviter le recours à l'ajout d'ailettes pour augmenter l'échange thermique.
L'aubage de redressement de sortie peut notamment comporter des aubes de redressement toutes semblables à l'aube de stator selon l'invention et/ou des parties de redressement toutes semblables à la partie de stator selon l'invention.
L'aubage de redressement peut comporter des parties de stator selon l'invention réparties circulairement sur tout son pourtour ou sur seulement une portion de son pourtour en fonction des besoins en dissipation.
L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, une turbomachine caractérisée en ce qu'elle comporte une aube de stator telle que définie précédemment et/ou une partie de stator telle que définie précédemment et/ou un aubage de redressement de sortie (OGV) tel que défini précédemment.
La turbomachine peut par exemple comporter une aube de stator et/ou une partie de stator selon l'invention au niveau d'un étage quelconque du stator, notamment autre qu'au niveau de l'aubage de redressement de sortie (OGV).
L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de fabrication d'une aube de stator telle que définie précédemment et/ou d'une partie de stator telle que définie précédemment, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - former des canaux d'écoulement du fluide à refroidir, notamment de l'huile, sur au moins une partie d'aube, notamment par usinage d'une surface de la partie d'aube,
- fixer, notamment par soudure, une plaque de recouvrement, notamment une plaque métallique, sur la partie d'aube de façon à recouvrir les canaux d'écoulement formés.
Le procédé peut en outre comporter l'étape consistant à fixer des tuyaux de circulation du fluide à refroidir sur la partie d'aube de façon à ce que les tuyaux débouchent, à au moins une de leur extrémités, dans les canaux d'écoulement.
La plaque de recouvrement peut présenter une importante conductivité thermique.
La partie d'aube, et notamment la plaque de recouvrement, peut comporter un matériau métallique, notamment un alliage métallique, par exemple un alliage d'aluminium et/ou de titane. Des matériaux différents peuvent être utilisés pour réaliser les parties d'aube, et notamment la plaque de recouvrement et les autres parties des parties d'aube.
La plaque de recouvrement peut être fixée par soudure à la partie d'aube, par exemple par une soudure par faisceau d'électrons.
L'aubage de redressement de sortie, la turbomachine et le procédé selon l'invention peuvent comporter l'une quelconque des caractéristiques précédemment énoncées, prises isolément ou selon toutes combinaisons techniquement possibles avec d'autres caractéristiques.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'un exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, ainsi qu'à l'examen des figures, schématiques et partielles, du dessin annexé, sur lequel :
- les figures la et lb représentent, en perspective, deux vues d'un exemple d'aube de stator selon l'invention, - la figure 2 est une vue selon II des figures la et lb,
- la figure 3 illustre la fabrication partielle de l'aube des figures la et lb pour la mise en place de moyens de circulation d'un fluide à refroidir,
- la figure 4 représente, en perspective, l'aube des figures la et lb pourvue de moyens de circulation d'un fluide à refroidir,
- la figure 5 représente, en perspective, un exemple de partie de stator conforme à l'invention,
- les figures 6 et 7 sont respectivement des vues schématiques et partielles selon VI et selon VII de la partie de stator de la figure 5,
- la figure 8 représente une variante de réalisation de la partie de stator de la figure 7, et
- la figure 9 illustre, en perspective, une variante de réalisation de la partie de stator de la figure 5,
- la figure 10 représente, en perspective, un autre exemple de partie de stator selon l'invention,
- la figure 11 illustre la fabrication partielle d'une aube de stator d'une partie de stator selon l'invention pour la mise en place de moyens de circulation d'un fluide à refroidir,
- les figures 12a et 12b représentent deux exemples de canaux formés par des lamelles pouvant être intégrées dans une structure de conduction thermique d'une partie de stator selon l'invention, et
- la figure 13 représente, observée dans un plan orthoradial, un autre exemple de partie de stator selon l'invention.
Dans l'ensemble de ces figures, des références identiques peuvent désigner des éléments identiques ou analogues.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
En référence aux figures la et lb, on a représenté en perspective un exemple d'aube de stator 1 selon l'invention. L'aube 1 comporte un ensemble de trois parties d'aube 3a, 3b et 3c agencées pour former entre elles deux passages d'écoulement du flux d'air 5a et 5b pour permettre de dissiper la chaleur d'un fluide à refroidir, en particulier l'huile du circuit de lubrification.
L'aube 1 comporte également des moyens de circulation 2 de l'huile à refroidir, visibles sur les figures 3 et 4. En particulier, ces moyens de circulation 2 comportent des canaux 7 d'écoulement de l'huile, visibles sur la figure 3, et des tuyaux 8 de circulation de l'huile, visibles sur la figure 4.
La figure 2 est une vue selon II des figures la et lb. Elle illustre la représentation de l'aube 1 lorsqu'observée en vue de dessus de l'extrémité libre de l'aube ou dans un plan orthogonal à la direction longitudinale de l'aube.
Comme on peut le voir sur les figures la, lb et 2, les trois parties d'aube 3a, 3b, 3c présentent un profil aérodynamique semblable à celui d'une surface portante, à savoir un profil présentant une différence de courbure entre ses parties haute et basse, notamment une partie basse sensiblement plate et une partie haute sensiblement courbe. Bien entendu, le profil aérodynamique de chaque partie d'aube pourrait être différent et choisi en fonction des performances souhaitées de la turbomachine.
Par ailleurs, comme on peut le voir sur la figure 2, les trois parties d'aube 3a, 3b et 3c peuvent être agencées pour définir entre elles un profil aérodynamique d'une aube de stator conventionnelle. En particulier, l'enveloppe extérieure E dans laquelle sont inscrites les parties d'aube 3a, 3b et 3c peut définir le contour d'une aube de stator conventionnelle.
Le profil peut ainsi comporter un bord d'attaque 9a, défini par les première 3a et deuxième 3b parties d'aube, une section médiane 9b relativement épaisse dans le prolongement du bord d'attaque 9a, défini par les première 3a et deuxième 3b parties d'aube, et un bord de fuite 9c plus mince que la section médiane 9b et situé dans le prolongement de la section médiane 9b, le bord de fuite 9c étant défini par la troisième partie d'aube 3c. Le bord d'attaque 9a est formé par les extrémités des première 3a et deuxième 3b parties d'aube. La première partie d'aube 3a et la deuxième partie d'aube 3b sont superposées l'une par rapport à l'autre de façon à définir un écart entre les première 3a et deuxième 3b parties d'aube formant le passage 5a d'écoulement du flux d'air. De même, les deuxième 3b et troisième 3c parties d'aube sont superposées l'une par rapport à l'autre de façon à définir un écart formant le passage 5b d'écoulement du flux d'air.
Afin d'assurer une tenue mécanique des parties d'aube 3a à 3c entre elles, des sections de maintien 4a et 4b sont prévues sur lesquelles les parties d'aube 3a, 3b et 3c sont fixées. En particulier, une première section de maintien 4a peut être située à mi-hauteur de l'aube de stator 1 en s'étendant dans un plan orthogonal à la direction longitudinale de l'aube 1, et une deuxième section de maintien 4b peut être prévue à une extrémité de l'aube 1 destinée à être fixée au restant de la turbomachine, en s'étendant également dans un plan orthogonal à la direction longitudinale de l'aube 1. En outre, bien que cela ne soit pas visible sur les figures la et lb, des sections de maintien pourraient être présentes à chaque extrémité de l'aube de stator 1.
Une section de maintien, notamment la section de maintien médiane
4a, peut ainsi permettre de subdiviser une partie d'aube en deux parties d'aube situées de part et d'autre de la section de maintien.
La figure 3 illustre la fabrication partielle d'une partie d'aube 3 de l'aube de stator 1 selon l'invention, et en particulier la réalisation de moyens de circulation 2 sur l'aube pour permettre la circulation de l'huile de lubrification.
La surface de la partie d'aube 3 peut notamment comporter des canaux 7 d'écoulement, réalisés par exemple par usinage de la surface de la partie d'aube 3. Une plaque de recouvrement 6 est ensuite fixée sur la surface de la partie d'aube 3 de manière à recouvrir les canaux 7 formés. La plaque de recouvrement 6 peut par exemple être fixée par soudure, notamment par soudure par faisceaux d'électrodes.
De la sorte, la surface de la partie d'aube 3 munie de canaux 7 d'écoulement recouverts d'une plaque de recouvrement 6 lisse peut permettre à la partie d'aube d'agir à la manière d'un échangeur de chaleur du type huile/air sans ailettes.
La plaque de recouvrement 6 peut être une plaque métallique présentant une grande conductivité thermique. La partie d'aube 3 peut être réalisée en métal, de préférence à forte conduction thermique, par exemple en un alliage de métal tel qu'un alliage d'aluminium/ou un alliage de titane.
La partie d'aube 3 peut être l'une quelconque des première 3a, deuxième 3b et troisième 3c parties d'aube.
L'huile peut ainsi s'écouler dans les canaux 7 d'écoulement selon les flèches Fl représentées sur la figure 3 et le flux d'air peut parcourir la surface de la plaque de recouvrement 6 selon les flèches F2 représentées sur la figure 3.
La figure 4 représente l'aube de stator 1 selon l'invention comportant des moyens de circulation 2 de l'huile munis de tuyaux 8 de circulation de l'huile.
Avantageusement, les tuyaux 8 de circulation permettent la distribution de l'huile dans les canaux 7 d'écoulement décrits précédemment.
En particulier, les tuyaux 8 d'écoulement sont répartis sur les surfaces latérales des parties d'aube 3a à 3c de sorte à déboucher dans les canaux 7 d'écoulement.
La distribution de l'huile dans les canaux 7 d'écoulement au moyen des tuyaux 8 peut être réalisée de manière à maximiser la température moyenne sur la surface des parties d'aube pour obtenir une efficacité maximale de l'aube 1 agissant comme un échangeur de chaleur.
Les tuyaux 8 d'écoulement peuvent être connectés au circuit d'huile de lubrification de la turbomachine pour conduire l'huile dans les canaux 7 d'écoulement.
Dans l'exemple décrit ci-dessus, l'aube de stator 1 est avantageusement une aube de redressement de sortie OGV, intégrée à un aubage de redressement de sortie OGV, mais il pourrait en être autrement. L'aube de stator 1 pourrait appartenir à un autre étage du stator de la turbomachine.
Sur les figures 5 à 9, l'axe M correspond à l'axe de rotation de la turbomachine et l'axe R correspond à l'axe radial.
Les parties de stator 10 et 100 décrites ci-après en référence aux figures 5 à 13 peuvent comporter une aube de stator 1 telle que décrite précédemment. En particulier, les aubes de stator 20 et 300 décrites ci-après peuvent être du type d'une aube de stator 1 telle que décrite précédemment. De plus, elles peuvent être intégrées dans un aubage de redressement de sortie OGV conforme à l'invention. En référence à la figure 5, on a représenté en perspective un exemple de partie de stator 10 selon l'invention.
Conformément à l'invention, la partie de stator 10 comporte une aube de stator 20, un ensemble de lamelles 30 associées à l'aube de stator 20 et des moyens de circulation 60 d'un fluide à refroidir, en particulier de l'huile du circuit de lubrification de la turbomachine.
L'ensemble de lamelles 30 comporte quatre lamelles 30 qui s'étendent dans des plans parallèles entre eux et parallèles au plan selon lequel l'aube de stator 20 s'étend.
Les lamelles 30 et l'aube de stator 20 sont agencées les unes par rapport aux autres pour définir des passages 40 d'écoulement du flux d'air entre elles.
Les lamelles 30 présentent toutes la même longueur dans la direction de l'axe radial R de la turbomachine.
En outre, l'écart entre les lamelles 30 est constant et l'épaisseur des lamelles 30 est également constante.
Les moyens de circulation 60 comportent des tuyaux 60 de circulation qui s'étendent à l'intérieur de l'aube de stator 20 et qui traversent les lamelles 30.
En particulier, comme on peut le voir sur la figure 6 qui est une vue partielle selon VI de la figure 5, les moyens de circulation comportent trois étages 80a, 80b et 80c de tuyaux 60, deux étages 80a et 80c de tuyaux étant situés au niveau des extrémités radiales des lamelles 30 en dehors de la veine V pour éviter la création d'une traînée aérodynamique et un étage médian 80b étant situé dans la veine V.
Les moyens de circulation 60 du fluide à refroidir peuvent être fixés aux lamelles 30, notamment par soudure, de façon à transférer un flux thermique par conduction.
La figure 7 est une vue selon VII de la partie de stator 10 de la figure 5.
Comme on peut le voir sur la figure 7, chaque lamelle 30 présente un bord d'attaque 90a, une section médiane 90b et un bord de fuite 90c. L'épaisseur de chaque lamelle 30 est sensiblement constante sur le bord d'attaque 90a et la section médiane 90b, puis décroît au niveau du bord de fuite 90c. En outre, comme on peut le voir sur les figures 5 et 7, les lamelles 30 sont disposées par rapport à l'aube de stator 20 de sorte qu'il existe un plan E' traversant l'aube de stator 20 et les lamelles 30, le plan E' étant parallèle au plan P perpendiculaire à la corde C de l'aube de stator 20 et contenant la médiatrice m de la corde C de l'aube de stator 20.
Par ailleurs, les lamelles 30 sont inscrites dans un secteur angulaire a dont la bissectrice B est confondue avec la médiatrice m de la corde C de l'aube de stator 20.
Les lamelles 30 sont traversées par des tuyaux 60 contenant l'huile chaude à refroidir, celle-ci s'écoulant selon la direction des flèches F2'. Le flux d'air s'écoule de plus selon la direction des flèches Fl' entre les lamelles 30 et l'aube de stator 20 de sorte à permettre une dissipation de la chaleur de l'huile.
L'interface entre les lamelles 30 et les tuyaux 60 peut être réalisée de manière à maximiser l'échange thermique, par exemple par soudure.
La partie de stator 10 comporte quatre lamelles 30 dont les longueurs dans le plan orthoradial croissent en éloignement de l'aube de stator 20. En particulier, la lamelle 30 la plus proche de l'aube de stator 20 présente une longueur Ll inférieure à la longueur L4 de la lamelle 30 la plus éloignée de l'aube de stator 20.
L'exemple de la figure 8 représente une variante de réalisation d'une partie de stator 10 selon l'invention. Dans cet exemple, cinq lamelles 30 sont associées à l'aube de stator 20.
Les lamelles 30 présentent sensiblement une même longueur L dans le plan orthoradial et sont réparties en translation par rapport à l'aube de stator 20. Les lamelles 30 sont toutes traversées par des tuyaux 60 de circulation.
Le positionnement des tuyaux 60 au niveau des extrémités radiales des lamelles 30, en dehors de la veine, peut permettre d'éviter la création d'une traînée aérodynamique. Pour le cas où l'efficacité de la partie de stator 10 est suffisante sans la présence d'un étage de tuyaux 60 dans la veine V, notamment sans la présence de l'étage médian 80b, les moyens de circulation 60 peuvent comporter uniquement des étages 80a et 80c de tuyaux 60 au niveau des extrémités radiales des lamelles 30. Dans les exemples représentés, le contact entre les tuyaux 60 et les lamelles 30 est ponctuel. En variante, pour augmenter l'échange de chaleur, les tuyaux 60 peuvent par exemple serpenter autour des lamelles 30 de manière à augmenter la surface d'échange de chaleur.
Le passage des tuyaux 60 à l'intérieur de l'aube de stator 20 peut permettre de réduire la traînée aérodynamique.
Par ailleurs, les tuyaux 60 de circulation, et notamment les différents étages de tuyaux 60, peuvent être carénés afin de limiter la traînée aérodynamique. En particulier, les tuyaux 60 peuvent être recouverts de structures de carénage 70, comme illustré sur la figure 9. Les structures de carénage 70 peuvent également permettre un maintien mécanique des différentes lamelles 30 ensemble.
Les tuyaux 80 peuvent être connectés au circuit d'huile de lubrification de la turbomachine.
Dans les exemples décrits ci-dessus, la partie de stator 10 est avantageusement choisie pour une partie de redressement d'un aubage de redressement de sortie OGV mais il pourrait en être autrement. La partie de stator 10 pourrait appartenir à un autre étage du stator de la turbomachine.
En particulier, la partie de stator 10 selon l'invention pourrait être implantée vers l'amont du bec de séparation de la turbomachine, à la fois dans le flux primaire et le flux secondaire, en remplacement notamment de l'aubage de redressement de sortie OGV et de l'aubage de redressement d'entrée IGV. Le passage des tuyaux 60 de circulation pourrait alors se faire uniquement en dehors de la veine. Dans une telle configuration, le bec de séparation peut échanger de la chaleur, ce qui peut permettre une augmentation de l'échange de chaleur et peut assurer par exemple le dégivrage du bec de séparation.
Sur la figure 10, l'axe M" correspond à l'axe de rotation de la turbomachine et l'axe R" correspond à l'axe radial.
En référence à la figure 10, on a représenté un exemple de partie de stator 100 selon l'invention. La partie de stator 100 comporte une aube de stator 300 et un élément aérodynamique 400a, une structure de conduction thermique 500 étant placée entre l'aube de stator 300 et l'élément aérodynamique 400a.
Un flux d'air, représenté par les flèches F2", vient au contact de l'aube de stator 300, de l'élément aérodynamique 400a et de la structure de conduction thermique 500 en traversant celle-ci.
La partie de stator 100 comporte en outre des moyens de circulation 200 d'un fluide à refroidir, en particulier de l'huile, par la structure de conduction thermique 500 au contact du flux d'air.
Les moyens de circulation 200 de l'huile à refroidir comportent des canaux
700 d'écoulement de l'huile, placés à l'intérieur de l'aube de stator 300 et à l'intérieur de l'élément aérodynamique 400a, et des tuyaux 800 de circulation de l'huile qui traversent radialement l'intérieur de l'aube de stator 300 et l'intérieur de l'élément aérodynamique 400a et débouchent sur les surfaces intérieures et extérieures de l'aube de stator 300 et de l'élément aérodynamique 400a. L'huile circule à l'intérieur des tuyaux 800 d'écoulement et à l'intérieur des canaux 700 d'écoulement selon la direction des flèches Fl".
La structure de conduction thermique 500 permet d'augmenter la surface d'échange sur laquelle s'écoule le flux d'air et ainsi d'augmenter le transfert de chaleur par conduction thermique et donc la dissipation de chaleur du circuit d'huile.
La structure de conduction thermique 500 comporte un ensemble de lamelles 900 thermiquement conductrices. Ces lamelles 900 sont agencées de façon régulière au sein de la structure de conduction thermique 500 et forment des conduits creux à l'intérieur desquels s'écoulent le flux d'air, ces conduits présentant dans cet exemple une section triangulaire.
Un tel exemple de lamelles 900 utilisées dans la structure de conduction thermique 500 de la partie de stator 100 de la figure 10 est représenté sur la figure 12a. L'assemblage des lamelles 900 peut ainsi permettre de former un conduit d'air de section triangulaire. Les lamelles 900 peuvent aussi être pliées, notamment en accordéon, par exemple pour former un conduit de section triangulaire. Bien entendu, les lamelles 900 peuvent être de tous types. La figure 12b représente par exemple des lamelles 900 formant un conduit creux courbé de section rectangulaire. En particulier, si l'on dispose uniquement des lamelles 900 horizontales (orthoradiales), ce conduit de section rectangulaire s'étendra sur toute la largeur de la structure de conduction thermique 500.
Les lamelles 900 comportent avantageusement un matériau à forte conductivité thermique, étant notamment des lamelles métalliques.
La structure de conduction thermique 500 est en outre fermée par une surface extérieure 500a et une surface intérieure (seule la surface extérieure 500a est visible sur la figure 10).
La surface extérieure 500a et la surface intérieure s'étendent respectivement dans le plan extérieur contenant les surfaces extérieures de l'aube de stator 300 et de l'élément aérodynamique 400a, et le plan intérieur contenant les surfaces intérieures de l'aube de stator 300 et de l'élément aérodynamique 400a.
L'aube de stator 300 correspond à une aube de stator conventionnelle d'une turbomachine, notamment une aube de redressement de sortie OGV.
L'élément aérodynamique 400a présente un profil aérodynamique sensiblement identique à celui d'une aube de stator conventionnelle, comportant un bord d'attaque, une section médiane relativement épaisse et un bord de fuite plus mince.
L'élément aérodynamique 400a est superposé orthoradialement à l'aube de stator 300.
La figure 11 illustre la fabrication partielle d'une aube de stator 300 d'une partie de stator 100 selon l'invention, et en particulier la réalisation de moyens de circulation 200 sur l'aube 300 pour permettre la circulation de l'huile de lubrification.
La surface de l'aube de stator 300 peut notamment comporter des canaux 700 d'écoulement, réalisés par exemple par usinage de la surface de l'aube 300. Une plaque de recouvrement 600 est ensuite fixée sur la surface de l'aube 300 de manière à recouvrir les canaux 700 formés. La plaque de recouvrement 600 peut par exemple être fixée par soudure, notamment par soudure par faisceaux d'électrodes. De la sorte, la surface de l'aube 300 munie de canaux 700 d'écoulement recouverts d'une plaque de recouvrement 600 lisse peut permettre à l'aube 300 d'agir à la manière d'un échangeur de chaleur du type huile/air sans ailettes.
La plaque de recouvrement 600 peut être une plaque métallique présentant une grande conductivité thermique. L'aube 300 peut être réalisée en métal, de préférence à forte conduction thermique, par exemple en un alliage de métal tel qu'un alliage d'aluminium/ou un alliage de titane.
L'huile peut ainsi s'écouler dans les canaux 700 d'écoulement selon les flèches Fl" représentées sur les figures 10 et 11 et le flux d'air peut parcourir la surface de la plaque de recouvrement 600 selon les flèches F2" représentées sur la figure 11.
Bien que la figure 11 illustre la fabrication partielle de l'aube de stator 300, les caractéristiques décrites ci-dessus peuvent s'appliquer de façon analogue à la fabrication partielle de l'élément aérodynamique de la partie de stator 100.
La figure 13 représente un autre exemple de réalisation d'une partie de stator 100 selon l'invention.
Dans cet exemple, l'aube de stator constitue une première aube de stator 300 et l'élément aérodynamique constitue une deuxième aube de stator 400b adjacente à la première aube de stator 300.
En particulier, la première aube de stator 300 et la deuxième aube de stator 400b sont des aubes de stator adjacentes d'un même aubage, par exemple un aubage de redressement de sortie OGV.
La structure de conduction thermique 500 est fixée entre la première aube de stator 300 et la deuxième aube de stator 400b.
La réalisation d'une partie de stator 100 selon l'invention à partir d'une première aube de stator 300 et d'une deuxième aube de stator 400b disposées de façon adjacente sur un même aubage, entre lesquelles une structure de conduction thermique 500 comportant des lamelles 900 est montée, peut permettre d'augmenter la capacité de dissipation de chaleur de façon simplifiée et rapide.
La structure de conduction thermique 500 de la partie de stator 100 de la figure 13 peut comporter des lamelles 900 formant des canaux de tous types, par exemple tels que ceux représentés sur les figures 12a et 12b. Les canaux peuvent présenter une courbure semblable à celle de la première aube de stator 300 et/ou à celle de la deuxième aube de stator 400b.
Dans les exemples décrits ci-dessus, la partie de stator 100 est avantageusement intégrée à un aubage de redressement de sortie OGV, mais il pourrait en être autrement. La partie de stator 100 pourrait appartenir à un autre étage du stator de la turbomachine.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits. Diverses modifications peuvent y être apportées par l'homme du métier.
En particulier, les moyens de circulation 2 du fluide à refroidir peuvent être de tout type et autre qu'un système comportant des canaux 7 d'écoulement et des tuyaux 8 d'écoulement. Par exemple, les moyens de circulation du fluide pourraient être agencés de manière à permettre une conduction thermique de la chaleur depuis le cœur des parties d'aube vers leur surface.
Les moyens de circulation 2 peuvent être dépourvus de tuyaux 8 d'écoulement. Le fluide à refroidir peut par exemple circuler uniquement dans les parties d'aube, par exemple dans les canaux 7 d'écoulement. Les moyens de circulation 2 du fluide à refroidir peuvent être indépendants des parties d'aubes 3a à 3c. En particulier, l'aube de stator 1 peut être configurée de telle sorte que le fluide à refroidir, notamment l'huile, ne puisse pas circuler dans les parties d'aube. Les moyens de circulation 2 peuvent par exemple comporter un caloduc, par exemple positionné sur au moins une surface d'une ou plusieurs parties d'aube, agencé pour transporter la chaleur d'une ou plusieurs extrémités d'une ou plusieurs parties d'aube vers leur surface, ce transfert de chaleur par caloduc étant notamment rendu possible grâce au principe du transfert thermique par transition de phase du fluide. L'utilisation d'un caloduc correctement dimensionné en association avec les parties d'aube peut permettre d'obtenir une conductivité thermique plus élevée que celle d'un métal usuel, par exemple de l'aluminium, ce qui peut permettre une dissipation de chaleur plus élevée que par une simple conduction. La répartition des lamelles 30 peut être différente en fonction des performances souhaitées pour la partie de stator. Leur forme et/ou leur orientation peuvent varier également.
Le circuit d'huile de la turbomachine peut être réalisé de façon à éviter le passage radial d'un ou plusieurs tuyaux 60 dans la veine, de sorte à diminuer l'épaisseur de la partie de stator. Par exemple, une couronne de tuyaux 60 pourrait être prévue dans les veines interne et externe. Ainsi, il ne serait pas nécessaire d'avoir une aube de stator 20 épaisse, ce qui entraînerait alors une diminution de la traînée aérodynamique.
Un autre fluide caloporteur que de l'huile pourrait être utilisé pour le passage des tuyaux dans la veine, notamment pour éviter une perte de lubrification en cas de rupture de tuyau. Un échangeur huile/fluide caloporteur peut par exemple être ajouté.
Les moyens de circulation 200 du fluide à refroidir peuvent être indépendants de l'aube de stator 300 et/ou de l'élément aérodynamique 400a ou 400b. En particulier, l'aube de stator 300 et/ou l'élément aérodynamique 400a ou 400b peuvent être configurés de telle sorte que le fluide à refroidir, notamment l'huile, ne puisse pas circuler à l'intérieur de l'aube de stator 300 et/ou de l'élément aérodynamique 400a ou 400b. Les moyens de circulation 200 peuvent par exemple comporter un caloduc, par exemple positionné sur au moins une surface de l'aube de stator 300 et/ou de l'élément aérodynamique 400a ou 400b, agencé pour transporter la chaleur d'une ou plusieurs extrémités de l'aube de stator 300 et/ou de l'élément aérodynamique 400a ou 400b vers leur surface, ce transfert de chaleur par caloduc étant notamment rendu possible grâce au principe du transfert thermique par transition de phase du fluide. L'utilisation d'un caloduc correctement dimensionné en association avec l'aube de stator 300 et/ou l'élément aérodynamique 400a ou 400b peut permettre d'obtenir une conductivité thermique plus élevée que celle d'un métal usuel, par exemple de l'aluminium, ce qui peut permettre une dissipation de chaleur plus élevée que par une simple conduction.
Un autre fluide caloporteur que de l'huile pourrait être utilisé pour éviter le passage d'huile dans l'aube de stator 300 et/ou l'élément aérodynamique 400a ou 400b, et notamment pour éviter une perte de lubrification en cas de rupture de l'aube de stator 300 et/ou de l'élément aérodynamique 400a ou 400b en vol. Un échangeur huile/fluide caloporteur peut par exemple être ajouté.
L'expression « comportant un » doit être comprise comme étant synonyme de « comportant au moins un », sauf si le contraire est spécifié.

Claims

REVENDICATIONS
1. Aubage de redressement de sortie (OGV) comportant une aube de stator (1) pour turbomachine, caractérisée en ce qu'elle est formée par un ensemble de parties d'aube (3a, 3b, 3c) agencées les unes par rapport aux autres pour définir des passages (5a, 5b) d'écoulement du flux d'air entre les parties d'aube, et en ce qu'elle comporte des moyens de circulation (2) d'un fluide à refroidir par ledit flux d'air.
2. Aubage de redressement de sortie selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque partie d'aube (3a, 3b, 3c) est superposée à au moins une autre partie d'aube, les écarts entre les parties d'aube (3a, 3b, 3c) définissant les passages (5a, 5b) d'écoulement du flux d'air.
3. Aubage de redressement de sortie selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les parties d'aube (3a, 3b, 3c) sont agencées de sorte que l'aube
(1) présente, lorsqu'observée dans un plan orthogonal à la direction longitudinale de l'aube (1), un profil aérodynamique sensiblement identique à celui d'une aube de stator comportant un bord d'attaque (9a), une section médiane (9b) et un bord de fuite (9c).
4. Aubage de redressement de sortie selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'aube de stator (1) comporte trois parties d'aube (3a, 3b, 3c), les première (3a) et deuxième (3b) parties d'aube définissant entre elles, au moins partiellement, le bord d'attaque (9a) et la section médiane (9b) du profil aérodynamique de l'aube (1) et la troisième partie d'aube (3c) définissant, au moins partiellement, le bord de fuite (9c) du profil aérodynamique de l'aube (1).
5. Aubage de redressement de sortie selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'au moins une partie d'aube (3a, 3b, 3c) a un profil aérodynamique sensiblement identique à celui d'une surface portante.
6. Aubage de redressement de sortie selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'aube de stator (1) comporte une ou plusieurs sections de maintien (4a, 4b), réparties notamment sur la hauteur de l'aube (1), pour assurer la tenue mécanique des parties d'aube (3a, 3b, 3c) entre elles.
7. Aubage de redressement de sortie selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens de circulation (2) du fluide à refroidir comportent des canaux (7) d'écoulement du fluide formés sur au moins une partie d'aube (3) et recouverts par une plaque de recouvrement (6) définissant une surface extérieure de la partie d'aube (3).
8. Aubage de redressement de sortie selon la revendication 7, caractérisée en ce que les moyens de circulation (2) du fluide à refroidir comportent des tuyaux (8) de circulation du fluide situés sur au moins une partie d'aube (3a, 3b, 3c), les tuyaux (8) de circulation permettant notamment la distribution du fluide dans les canaux (7) d'écoulement.
9. Turbomachine caractérisée en ce qu'elle comporte un aubage de redressement de sortie (OGV) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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