LES   TURBOMACHINES

CIRCUIT DE REFROIDISSEMENT



Refroidissement du distributeur

Refroidissement de la turbine

Différents types de joints

Introduction

L’amélioration des performances et des rendements des turboréacteurs passe par l'augmentation de la température des gaz dans la chambre de combustion. Il est donc nécessaire de refroidir les pièces sollicitées thermiquement, telles que :
   -   la ou les chambres de combustion ;
   -   les aubes des distributeurs turbines haute et basse pression ;
   -   les ailettes des turbines haute et basse pression ;
   -   la pressurisation des paliers des compresseurs et des turbines ;
   -   les accessoires ;
   -   les carénages et les bras radiaux ;
   -   etc.
Chaque type de turboréacteur est différent, mais le principe général pour le refroidissement reste le même sur le dessin ci-dessous :
   -   l'air provenant du compresseur BP sert à refroidir les cavités du moteur et à refroidir et pressuriser les paliers.
   -   l'air provenant du cinquième étage du compresseur HP sert à refroidir une autre partie du moteur.
   -   l'air sortant du compresseur HP va refroidir les distributeurs haute et basse pression ainsi que les ailettes des turbines haute et basse pression.

Circuit de refroidissement

À noter que d'autres prélèvements d'air sont utilisés pour la climatisation de la cabine passagers, du poste de pilotage, des soutes à bagages et pour le dégivrage de la cellule.

Distributeur ou stator et turbine ou rotor

Les principaux domaines qui nécessitent un refroidissement par air sont la chambre de combustion et la turbine. L'air de refroidissement est utilisé pour contrôler la température des arbres et des disques du compresseur en les refroidissant ou en les chauffant. Cela permet d'assurer une répartition uniforme de la température et donc d'améliorer le rendement du moteur en contrôlant la croissance thermique et en maintenant ainsi des jeux minimums au niveau de l'extrémité des pales et des joints.
Le dessin ci-dessous montre des aubes directrices du compresseur HP , et des ailettes de turbine illustrant le flux d'air de refroidissement. La durée de vie des aubes et des ailettes de turbine dépend non seulement de leur forme mais aussi de la méthode de refroidissement, c'est pourquoi la conception de l'écoulement des passages internes est importante.

 Refroidir redresseur-stato
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Refroidissement du distributeur

Il existe de nombreuses méthodes de refroidissement des aubes et des pales de turbine qui ont été utilisées tout au long de l'histoire des turbines à gaz.
Les aubes directrices étant exposées aux gaz chauds de combustion, il est donc nécessaire de les refroidir pour atténuer les contraintes thermiques. Le système de refroidissement peut varier d'un motoriste à un autre, mais le principe général reste le même. Le refroidissement interne (par convection) en une seule passe était très avantageux sur le plan pratique, mais le développement a conduit à un refroidissement interne des aubes en plusieurs passes, un refroidissement par impact des aubes avec un refroidissement par film d'air externe des aubes et des ailettes.

Refroidissement stator

L'aube directrice est pourvue d'une cloison interne qui épouse sa forme. Des trous répartis sur cette cloison vont permettre à l'air de refroidir la paroi interne de l'aube. Après avoir refroidi les surfaces internes, l'air s'échappe par des trous sur le bord d'attaque afin de le refroidir. Une rangée de trous disposée de chaque côté du bord d'attaque permet de refroidir l'intrados et l'extrados par recouvrement de film. Une autre rangée de trous disposée sur le bord de fuite en assure son refroidissement par convection.

Refroidissement aube
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Refroidissement de la turbine

Les différents types de refroidissement des ailettes de turbine.

Turbine refroidissement aillette stato

- A refroidissement interne à passage unique ;
- B refroidissement interne à alimentation multiple en une seule passe avec refroidissement par film ;
- C refroidissement interne à quintuple passages, et alimentation multiple avec refroidissement intensif par film.

Étanchéité d'une turbine

Diverses méthodes d'étanchéité sont utilisées sur les moteurs à turbine à gaz. Le choix de la méthode dépend de la température et de la pression environnantes, de la résistance à l'usure, de la production de chaleur, du poids, de l'espace disponible, de la facilité de fabrication et de la facilité pour la maintenance.

Ci-dessous une hypothétique turbine montrant l'utilisation de ces joints

Refroidir Turbine
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Différents types de joints

Les joints sont utilisés pour empêcher les fuites d'huile des paliers du moteur et pour contrôler les flux d'air de refroidissement.  Voir Les paliers
Différentes méthodes d'étanchéité sont utilisées sur les moteurs à turbine à gaz. Le choix de la méthode dépend de la température et de la pression environnantes, de l'usure, de la production de chaleur, du poids, de l'espace disponible, de la facilité de fabrication et de la facilité d'installation et d'enlèvement.

Refroidir Turbine

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