New correlations for high-pressure gas turbine housing and shroud segments

Résumé

La conception d’une turbine à gaz est un procédé multidisciplinaire et itératif. Plusieurs itérations sont requises avant de trouver un compromis entre les différentes disciplines. Lorsqu’une nouvelle architecture de moteur est développée, le temps de conception a un impact dans l’obtention de nouvelles opportunités d’affaires. À la phase de conception détaillée, il est très difficile de corriger une architecture de moteur non satisfaisante. Afin de surmonter cette difficulté, le concept d’Optimisation Multidisciplinaire (MDO) est appliqué à la phase de conception préliminaire (PMDO ou MDO préliminaire) où il est plus facile d’effectuer des modifications dans l’architecture du moteur. Le concept PMDO a été appliqué dans la création de modèles paramétriques et de nouvelles corrélations pour les carters de turbine et les segments de carénage haute pression des turbines à gaz en en vue de créer un nouveau procédé de design. Premièrement, des modèles paramétriques dédiés ont été créés pour leur faculté d’adaptation. La facilité avec laquelle ces modèles peuvent être modifiés par rapport à des modèles non-paramétriques a permis d’augmenter le nombre d’itérations donc de réduire le temps de design en phase de conception préliminaire. Deuxièmement, les corrélations des paramètres géométriques ont été créées afin de réduire le nombre de paramètres requis dans la conception des carters de turbine et des segments de carénage. Étant donné que la géométrie des carters de turbines et des segments de carénage a un impact dans le réglage du jeu des extrémités d’aubes de turbine; il a été vérifié que les corrélations des paramètres géométriques n’affectent pas le réglage du jeu. Ensuite, une interface utilisateur a été développée afin d’interagir avec les modèles paramétriques et réduire le temps de conception. Troisièmement, l’estimation du flux de refroidissement requiert plusieurs paramètres de la turbine (c.-à-d. géométrie, performance et propriétés de l’air) ainsi qu’un segment de carénage de référence. Des corrélations ont été créées dans le but de réduire le nombre de paramètres de la turbine ainsi que de faciliter la sélection d’un segment de carénage de référence, nécessaires à l’estimation du flux de refroidissement. Enfin, les modèles paramétriques, les corrélations des paramètres géométriques et l’interface utilisateur ont permis de sauver 50% en temps de conception et d’augmenter la précision de 56% dans le nouveau procédé de conception par rapport au procédé existant. D’autre part, les corrélations du flux de refroidissement ont permis de réduire le nombre de paramètres d’un facteur de 6 afin de créer un modèle de prédiction simplifié, conséquemment, un procédé de sélection des segments de carénage plus rapide.

Date	29 janv. 2016
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Saïd Hany Moustapha (Directeur(-trice)) & François Garnier (Codirecteur(-trice))