Étude thermomécanique des disques des turbines axiales par la méthode des éléments Finis

Abstract

Résumé Les disques des turbines à gaz fonctionnent généralement à des gradients de température et des vitesses angulaires élevés. L’application simultanée des grandes forces centrifuges, induites par les grandes vitesses des rotations, et des contraintes thermiques, provoquées par les gradients thermiques élevés, réduit la résistance du matériau et font augmenter automatiquement la déformation du disque. L'objectif principal de cette thèse est alors de déterminer la distribution des contraintes dans les différentes parties du disque en vue d’en adopter une judicieuse configuration. La simulation est effectuée principalement sur le logiciel (ANSYS 15) et comparée à notre programme de calcul basé sur la méthode des éléments finis monodimensionnelle pour la partie poireau du disque, d’une part ; et montre bien l’intérêt du modèle bidimensionnel aux niveaux de la jante et de l’attache, d’autre part. De plus, le disque avec aubage est pris en compte par un modèle tridimensionnel justifié par la forme épaisse du disque, par les formes inclinées des attaches et par la présence des trous de refroidissement.

Abstract Gas turbine discs work mostly at high temperature gradients and are subjected to high angular velocity. Simultaneous application of large centrifugal forces, induced by high rotational speed, and thermic stresses, resulting from high temperature gradients, reduces disc material strength. Thus, the latter effects increase deformation of the disc automatically. In order to attain a certain and reliable analysis for disc and to derive corresponding stress distribution, The main objective of this thesis is to determine these stresses for a turbine disk with a particular given angular velocity and temperature gradient. The results are obtained by using analytic analyze, finite element method and ANSYS 15 code.