Ensemble et procédé pour le montage du pied d'une aube de turbomachine, soufflante, compresseur et turbomachine comportant un tel ensemble.
L'invention concerne un procédé de montage du pied d'une aube de turbomachine en métal, fixe ou mobile, dans l'alvéole d'un support en métal et l'ensemble pour un tel montage.
Classiquement, on prévoit de traiter la surface des pieds des aubes de soufflante en métal, en particulier en titane. En effet, le contact entre la portée du pied de l'aube et le flanc de l'alvéole (ou saignée) du disque de soufflante qui reçoit ces pieds est soumis à de multiples efforts qui peuvent entraîner un endommagement de ces parties, voire une rupture prématurée des pièces en contact.
La présente invention n'est pas limitée au cas où le support du pied de l'aube est constitué par un disque de rotor de soufflante, il englobe également d'autres situations de montage d'aubes mobiles, par exemple sur le disque de rotor du compresseur basse pression, voire dans la zone d'entrée du compresseur haute pression.
Également, la présente invention s'applique au cas où le support est un carter ou un flasque supportant des aubes fixes.
Dans les zones de contact entre le pied des aubes et l'alvéole logeant ce pied s'exercent plusieurs types de contraintes.
On rencontre notamment le «fretting », c'est-à-dire l'usure de contact, qui est la conséquence du frottement répétitif d'une pièce sur une autre, les forces de friction résultantes engendrant un endommagement de la matière par différents processus de fatigue. Ce phénomène est particulièrement sensible dans le cas du contact entre deux pièces en titane.
Ces zones sont donc soumises à une importante tendance à
l'endommagement du matériau, ainsi qu'à une usure des portées du pied d'aube qui sont les zones en contact avec la paroi de l'alvéole, voire une déformation de ces zones de contact.
De plus, le niveau des contraintes locales est très élevé du fait du coefficient de frottement à l'interface entre les parois en contact du pied de l'aube et de l'alvéole, formée d'un contact métal/métal. Assembly and method for mounting the foot of a dawn turbomachine, blower, compressor and turbomachine comprising such an assembly.
The invention relates to a method of mounting the foot of a blade of metal turbomachine, fixed or mobile, in the cell of a support in metal and the assembly for such an assembly.
Conventionally, it is planned to treat the surface of the blade roots blower made of metal, in particular titanium. Indeed, the contact between the range of the foot of the dawn and the side of the cell (or bleeding) of the disc blower who receives these feet is subjected to multiple efforts that can cause damage to these parts, or even a break premature parts in contact.
The present invention is not limited to the case where the support of the foot of the dawn is constituted by a fan rotor disc, it encompasses also other situations of mounting blades, for example on the rotor disc of the low pressure compressor, or even in the area inlet of the high pressure compressor.
Also, the present invention applies to the case where the support is a housing or a flange supporting fixed vanes.
In the areas of contact between the blade root and the cell housing this foot exerts several types of constraints.
In particular, we find "fretting", that is to say, the wear of contact, which is the consequence of the repetitive friction of a piece on a other, the resulting friction forces causing damage of matter by different processes of fatigue. This phenomenon is particularly sensitive in the case of contact between two parts in titanium.
These areas are therefore subject to an important trend towards damage to the material, as well as wear of the feet of the foot dawn which are the areas in contact with the wall of the cell, or even a deformation of these contact areas.
In addition, the level of local constraints is very high due to coefficient of friction at the interface between the walls in contact with the foot dawn and alveolus, formed of a metal / metal contact.
2 Pour résoudre ces problèmes, on recherche notamment à renforcer la résistance à l'usure des surfaces en contact et à diminuer le coefficient de frottement.
Pour ce faire, on réalise généralement le dépôt d'un revêtement de surface en un alliage métallique résistant au fretting sur le pied de l'aube, notamment par projection plasma, ou bien on utilise une pièce de protection formée d'un ou de plusieurs clinquants métalliques éventuellement elle-même revêtue, chaussant le pied de l'aube, ces éléments de protection pouvant être associés à des vernis lubrifiants.
Avec ce type de solution, on parvient à diminuer le coefficient de frottement jusqu'à une valeur généralement supérieure à 0,2 ; mais pendant le fonctionnement, cette valeur augmente régulièrement jusqu'à
environ 0,5, voire au-delà si l'usure est complète.
Par exemple, le document US 5 160 243 propose de recourir à un montage avec un clinquant métallique entre une aube et un disque tous les deux en titane.
De tels procédés permettent d'améliorer la tenue au fretting et à
l'usure. Par contre, la mise en oeuvre de ces solutions est relativement lourde autant lors du montage initial, que lors d'une réparation localisée.
En effet, dans les deux cas, il est nécessaire de traiter toute la surface de la portée du pied de l'aube, ce qui entraîne des opérations longues et coûteuses. De plus, lorsqu'il s'agit de refaire un revêtement, il est nécessaire de mettre en oeuvre un procédé long, complexe et relativement agressif (utilisation d'acide et/ou décapage mécanique) qui peut atteindre le matériau constitutif de la surface du substrat, ce dernier pouvant être endommagé notamment par une modification des côtes.
Un but de l'invention est de fournir un autre procédé de montage d'une aube de turbomachine fixe ou mobile, en métal, dans l'alvéole d'un support en métal, afin d'améliorer encore la tenue à la pression de contact entre ces pièces, tout en permettant une mise en oeuvre très facile et rapide de ce procédé, tant lors du montage initial que pour une réparation du montage du pied de l'aube.
Ce but de l'invention est atteint conformément à l'invention par un procédé de montage du pied d'une aube de turbomachine en métal fixe ou mobile dans l'alvéole d'un support en métal, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes 2 To solve these problems, we are particularly seeking to strengthen the wear resistance of the surfaces in contact and to reduce the coefficient friction.
To do this, it is generally possible to deposit a coating of surface made of a fretting-resistant metal alloy on the base of the dawn, especially by plasma projection, or we use a piece of protection formed of one or more metal foils possibly itself coated, fitting the foot of dawn, these protective elements that can be associated with lubricating varnishes.
With this type of solution, it is possible to reduce the coefficient of friction to a value generally greater than 0.2; But during operation, this value increases steadily until about 0.5 or more if the wear is complete.
For example, US 5,160,243 proposes to use a montage with a metallic foil between a dawn and a disc all both in titanium.
Such methods make it possible to improve fretting and wear. On the other hand, the implementation of these solutions is relatively as heavy during initial assembly as during localized repair.
Indeed, in both cases, it is necessary to treat the entire surface of the foot of the dawn, resulting in long operations and costly. Moreover, when it comes to remaking a coating, it is necessary to implement a long, complex and relatively aggressive (use of acid and / or mechanical stripping) that can reach the constituent material of the surface of the substrate, the latter being damaged in particular by a modification of the ribs.
An object of the invention is to provide another method of assembly of a fixed or mobile turbomachine blade, made of metal, in the cell of a metal support, to further improve the resistance to contact pressure between these parts, while allowing a very easy and rapidity of this process, both during the initial assembly and for a repair mounting the foot of dawn.
This object of the invention is achieved according to the invention by a method of mounting the foot of a fixed metal turbine engine blade or mobile in the cell of a metal support, characterized in that includes the following steps
3 a) on dispose, entre le pied et l'alvéole, au moins un film non métallique revêtu ou imprégné d'une colle polymère ; et b) on fait prendre la colle de sorte que le film adhère au pied de l'aube et/ou à la surface de l'alvéole.
Dans ce cas, on comprend que le film remplace le revêtement métallique anti usure de l'art antérieur.
En effet, il a été constaté que l'utilisation d'un tel film non métallique choisi pour ses propriétés «anti usure», placé entre deux pièces métalliques, par exemple directement sur le pied de l'aube et venant donc en contact avec la surface de l'alvéole du support, permet de diminuer le coefficient de frottement dans les zones de contact et donc de réduire très significativement l'usure du montage du pied de l'aube, donc d'augmenter la durée de vie de cette liaison, sans nuire à sa tenue mécanique, avant qu'il soit nécessaire d'avoir à recourir à une réparation.
Ce type de film est déjà utilisé pour le montage des pieds d'aubes réalisés en matériau composite en utilisant un film de type tissu de fibres résistantes imprégnées de résine.
Toutefois, conformément à l'invention, on propose maintenant ce type de solution pour des pieds d'aube métalliques, notamment en titane, avec des résultats tout à fait satisfaisants.
Bien entendu, l'utilisation d'un tel film non métallique dans le montage entre les alvéoles et les pieds d'aube n'est possible que dans des zones dites froides d'une turbomachine.
En outre, il convient de remarquer que la pose d'un tel film est remarquablement plus simple que le dépôt d'un revêtement métallique qui est réalisé par exemple par la technique de dépôt plasma.
Au surplus, lorsqu'il s'agit de réparer la surface d'usure du pied de l'aube, le retrait, partiel ou total, du film s'effectue d'une façon tout à
fait aisée, par simple pelage à l'aide d'un scalpel. L'application et la fixation du nouveau film de remplacement étant, elles aussi, réalisées beaucoup plus aisément et plus rapidement que pour un revêtement métallique, sans aucun matériel technologiquement complexe et sans risque d'endommager le support.
Ainsi donc, le procédé conforme à l'invention est tout à la fois utilisable lors du montage initial mais également pour la réalisation d'une réparation du montage entre le pied d'une aube et son alvéole que ce . 4 montage ait initialement été réalisé conformément à l'invention ou bien en ayant recours à un revêtement métallique anti usure.
Avantageusement, le film est pré encollé, en surface ou en masse.
De préférence, la colle est thermo polymérisable et au cours de l'étape b) on place l'ensemble comprenant au moins le pied de l'aube, le support et le film dans un autoclave porté à une température permettant la prise de la colle, pendant une durée minimale prédéterminée.
Selon une variante de réalisation du procédé selon l'invention, pendant l'étape a) le pied de l'aube est revêtu d'un clinquant métallique, ledit film anti usure non métallique étant alors disposé entre le cliquant et l'alvéole.
L'invention concerne aussi un ensemble pour le montage du pied d'une aube fixe ou mobile de turbomachine en métal dans l'alvéole d'un support en métal, qui soit fiable, simple et économique à mettre en oeuvre et à réparer.
Ce but est atteint par le fait que cet ensemble comprend, entre le pied et l'alvéole, au moins un film non métallique revêtu ou imprégné
d'une colle polymère .
Selon une disposition préférentielle, le film est disposé de sorte que la colle adhère sur le pied de l'aube. Alternativement, on peut prévoir que le film adhère sur la surface de l'alvéole du support.
Selon une autre disposition préférentielle, le film comporte des fibres de verre, du polytétrafluoroéthylène, en particulier du Téflon (marque déposée) et/ou du polyamide, notamment sous forme de fibres, en particulier du Kevlar ou du Nomex (marques déposées).
Parmi les différentes solutions possibles pour la structure du film de polymère, le film non métallique comporte avantageusement un tissu de fibres synthétiques. En effet, il existe de nombreux types de tissus synthétiques présentant une grande résistance à l'usure, ainsi qu'un faible coefficient de frottement.
Avantageusement, la colle est thermo polymérisable, ce qui permet de contrôler le moment de la prise de cette colle en plaçant l'ensemble dans un autoclave porté à une température minimale pendant un temps prédéterminé. Ä titre d'exemple non limitatif, la colle est du type résine et elle comprend une résine phénolique ou polyuréthane.
L'ensemble selon la présente invention englobe la situation dans laquelle le pied de l'aube est directement logé dans l'alvéole mais également le cas où l'ensemble comprend en outre au moins un clinquant métallique monté sur le pied de l'aube, ledit film non métallique étant 5 alors disposé entre le cliquant et l'alvéole.
De préférence, le pied de l'aube est en titane, en aluminium ou en acier ou en l'un de leurs alliages.
Également, de préférence le support de l'aube est en titane, en aluminium ou en acier ou en l'un de leurs alliages.
La présente invention porte également sur une soufflante de turbomachine comprenant des ensembles pour le montage du pied d'une aube selon l'une des définitions données précédemment, caractérisée en ce que les aubes sont mobiles et le support est formé du disque du rotor.
La présente invention porte aussi sur un compresseur de turbomachine comprenant des ensembles pour le montage du pied d'une aube selon l'une des définitions données précédemment, caractérisé en ce que les aubes sont mobiles et le support est formé du disque du rotor.
La présente invention porte aussi sur un compresseur de turbomachine comprenant des ensembles pour le montage du pied d'une aube selon l'une des définitions données précédemment, caractérisé en ce que les aubes sont fixes et le support est formé d'un flasque.
De tels compresseurs sont en particulier des compresseurs de turbomachine de type basse pression, mais l'invention peut aussi concerner des aubes situées à l'entrée d'un compresseur haute pression, au niveau desquelles la température atteinte ne remet pas en cause les propriétés mécaniques de l'un des constituants de la couche anti usure, à
savoir le film et la colle.
Enfin, la présente invention concerne également une turbomachine équipée d'ensembles pour le montage du pied d'une aube selon l'une des définitions données précédemment.
L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux à
la lecture de la description détaillée qui suit, d'un mode de réalisation de l'invention représenté à titre d'exemple non limitatif.
La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente une vue en coupe transversale partielle d'une soufflante montrant le montage du pied d'une aube dans le rotor, l'aube étant soumise aux efforts centrifuges de rotation, et - la figure 2 représente une vue similaire à celle de la figure 1 selon une variante de réalisation de la présente invention.
La figure 1 représente le montage sur le disque 10 d'une soufflante ou rotor, d'une aube 12 dont le pied 121 est logé dans un des multiples alvéoles 101 du disque 10.
Plus précisément, chaque alvéole 101 présente une forme sensiblement complémentaire à la forme du pied 121 de l'aube 12 pour former un montage de type à queue d'aronde.
Les alvéoles 101 sont répartis radialement de façon équidistante tout le long de la circonférence du disque 10, en étant ouverts en direction de l'extérieur.
Comme on peut le voir sur les figures montrant une portion agrandie de la section transversale du disque 10, c'est-à-dire une section orthogonale à l'axe de rotation de la soufflante, chaque pied 121 d'une aube 12 présente un contour symétrique avec deux parois latérales 122 divergentes l'une par rapport à l'autre depuis le corps de l'aube 12 en direction de l'extrémité libre du pied 121 de l'aube 12, jusqu'à une paroi de fond 124 sensiblement parallèle à l'axe de rotation et à la périphérie du disque 10, et orthogonale à la direction principale longitudinale de l'aube 12 correspondante.
Les alvéoles 101 présentent une forme similaire avec des parois latérales 102 inclinées vers extérieur depuis la circonférence en direction de la portion intérieure du disque 10 jusqu'à une paroi de fond 104.
Les dimensions du pied 121 de l'aube 12 et de l'alvéole 101 sont telles que lorsque le rotor 10 est au repos, le pied 121 est retenu dans l'alvéole 101, la paroi de fond 124 du pied 121 pouvant alors toucher la paroi de fond 104 de l'alvéole 101.
Lorsque le rotor 10 est opérationnel pendant le fonctionnement du moteur ou turbomachine, la rotation du rotor 10 autour de l'axe central entraîne un mouvement des aubes 12 en direction radialement vers l'extérieur du fait des forces centrifuges, c'est-à-dire dans la direction de la flèche 13 la figure 1. Ä ce moment là, les parois latérales 122 du pied 121 de l'aube 12 sont en appui contre les parois latérales 102 de l'alvéole 101, ce qui permet d'assurer la retenue de l'aube 12 à l'intérieur de l'alvéole 101, c'est-à-dire sa liaison avec le disque 10.
Ä chaque modification de la vitesse de rotation du rotor 10, le mouvement de glissement du pied 121 de l'aube combiné avec la pression de contact du pied 121 et le coefficient de frottement entre les matériaux de l'aube 12 et du disque 10, génèrent des forces de cisaillement à la fois sur le disque 10 et sur l'aube 12, l'un se déplaçant radialement par rapport à l'autre de 1 à quelques millimètres.
En particulier, comme il ressort de la figure 1, il existe en fonctionnement une zone de contact appelée portée soumise à
d'importants efforts, désignée sous le signe de référence 14, entre la paroi latérale 122 du pied 121 et la paroi latérale 102 de l'alvéole 101, ainsi qu'une région sans contact indiquée sous le signe de référence 16, qui n'est soumise à aucune contrainte mécanique de contact pendant la rotation du rotor formé du disque 10.
Conformément à l'invention, les détériorations de fatigue et d'usure qui interviennent sur les surfaces en contact des parois latérales 102 et 122 du fait du mouvement relatif entre le pied 121 de l'aube 12 et l'alvéole 101 du rotor 10 sont réduites par l'utilisation d'un film non métallique 20 qui enrobe toute la surface extérieure du pied 121.
Plus précisément, on utilise un film 20 qui est avantageusement formé d'un tissu anti usure, par exemple un tissu de la famille référencée CHEMFAB de la société Saint-Gobain, réalisé à base de fibres de verre, et/ou de fibres aramides, telles que celles connues sous les marques déposées Nomex ou Kevlar.
Ce film 20 adhère à la surface extérieure du pied 121 avec une colle revêtant ou imprégnant le film 20, au moins sur la face du film 20 devant adhérer, cette colle étant de préférence de type résine et avantageusement une résine phénolique ou polyuréthane.
Par exemple, on a utilisé avec succès, pour des aubes 12 en alliage de titane et un disque 10 en alliage de titane, un film 20 réalisé dans le tissu anti usure pré encollé dénommé Vespel ASB 0664 de la société du Pont de Nemours (tissu composé de fibres de Nomex et Téflon -marques déposées- pré encollé de résine phénolique), avec, à titre de colle, une résine phénolique référencée Plyophen 23057 de la société Durez.
Ce film 20 présente une première face revêtue d'une couche de polytétrafluoroéthylène à titre de lubrifiant et une deuxième face destinée à venir se coller qui présente une bonne surface d'accrochage, l'épaisseur de ce film étant de l'ordre de quelques dixièmes de millimètres.
On applique la colle de façon régulière sur la deuxième face du film et on dispose cette deuxième face du film 20 préencollée sur les parois latérales 122 et la paroi de fond 124 du pied 121 de chaque aube 12.
De préférence, on met en pression l'ensemble formé par le pied de l'aube 121, la résine et le film 20 pendant le collage, c'est-à-dire la polymérisation de la résine. La pression utilisée est de l'ordre de 7 à 14 MPa. Cela permet de garantir une bonne adhésion de la colle sur toute la surface ainsi que l'évacuation des solvants.
Pendant ce temps, on réalise la polymérisation qui est effectuée, dans l'exemple de réalisation, à 170 °C pendant une durée de 1 heure.
On obtient un film 20 écrasé adhérant parfaitement sur toute la surface du pied 121 de l'aube 12 de façon à garantir sa présence dans la zone 14, après montage comme il apparaît sur la figure 1.
Avantageusement, dans le cas de l'exemple de réalisation, le film 20 comporte, sur sa surface opposée à celle qui va adhérer sur le pied 121, une couche de polytétrafluoroéthylène (PTFE) qui forme une surface lubrifiante diminuant de façon très importante le coefficient de frottement avec la surface des parois latérales 102 de l'alvéole 101, ce coefficient de frottement pouvant atteindre 0,1 .
Après le collage, on peut nettoyer le pied 121 de l'aube pour retirer les excès de résine par un sablage avec des billes de verre.
De façon avantageuse, à la suite des essais réalisés avec un montage conforme à celui de la figure 1 et selon les prescriptions de l'exemple de réalisation décrit ci-dessus, il a été possible d'augmenter de façon très importante la durée de vie du montage entre le pied 121 et l'alvéole 101.
En effet, il résulte de ces essais d'usure que l'on passe d'une résistance sans endommagement de 10 000 cycles avec un revêtement métallique classique à 800 000 cycles avec le film 20 de l'exemple de réalisation.
On comprend donc qu'outre les avantages en termes de facilité de pose et de rectification, l'utilisation, conformément à l'invention, d'un film non métallique 20 anti-usure revêtu d'une couche de polytétrafluoroéthylène emporte une résistance considérablement accrue à
l'usure par frottement.
Parmi les autres avantages de la présente invention, il faut noter la possibilité d'éviter les modifications de la structure du matériau du disque 10, que l'on rencontre parfois, par exemple sous la forme d'un ressuage, lors du dépôt d'un revêtement métallique, notamment de type plasma, ou du retrait de ce dépôt.
De plus, une protection contre l'usure par un film 20 non métallique permet de réaliser des contrôles non destructifs plus faciles du pied 121 de l'aube. Par exemple, on peut recourir à la technique des courants de Foucault qui permet de déceler des défauts (notamment micro-criques ou fissures) de faible taille (depuis 0,1 mm environ).
En outre, avec une telle amélioration, il est possible de se passer de l'usinage dénommé «undercut » consistant à élargir l'alvéole dans la région de sortie de la portée 14, adjacente à la région sans contact 16, où
se trouvent généralement des noeuds de contrainte.
Ainsi, l'utilisation pour le film 20 d'un tissu technique combinant des fibres de renfort (de type aramide) et des fibres téflonnées procurant une lubrification, réalise une diminution du coefficient de frottement dans la zone 14, donc une diminution des efforts engendrés, ce qui équivaut à
une amélioration de la résistance mécanique.
Avantageusement, le film 20 est un tissu technique formé d'un tissu de fibres de verre et/ou de fibres polyamide, comprenant avantageusement du polytétrafluoroéthylène.
L'exposé qui précède prévoit de placer un film 20 sur toute la surface du pied 121 de chaque aube. On comprend que cette solution est plus aisée et plus rapide mais qu'en réalité, pour atteindre l'objectif de l'invention, il suffit que le film 20 recouvre les parois latérales 122 du pied 121 dans la zone de contact, c'est-à-dire la portée 14.
Cette technique peut être mise en oeuvre également, selon une variante, en collant le film non métallique 20 sur la paroi de l'alvéole 101 (cas de figure non représenté).
Selon une autre variante non représentée, on peut fixer un film 20 à
la fois sur le pied 121 de l'aube 12 et sur la paroi de l'alvéole 101.
II faut noter que le procédé conforme à l'invention est tout à la fois utilisable lors du montage initial mais également pour la réalisation d'une réparation du montage entre le pied 121 d'une aube 12 et son alvéole 101 que ce montage ait initialement été réalisé conformément à l'invention ou 5 bien en ayant eu préalablement recours à un revêtement métallique anti usure.
Dans ce dernier cas, on peut appliquer le film 20 en réparation sur l'ancien revêtement métallique après un traitement préalable consistant à
sabler et nettoyer ledit revêtement ou bien après retrait complet de cet 10 ancien revêtement métallique.
Également, comme il apparaît sur la figure 2, selon une variante de réalisation, le film de polymère 20 est collé sur un clinquant 22 métallique, réalisé par exemple en superalliage base nickel ou en acier inoxydable.
Sur cette figure, les éléments identiques à ceux de la figure 1 ont conservé les mêmes signes de référence.
Dans ce cas, pour mettre en oeuvre l'invention, on utilise un noyau rigide disposé à l'intérieur du clinquant 22 pour éviter une éventuelle déformation de ce dernier pendant la polymérisation sous pression de la colle.
Le clinquant 22 est une tôle cintrée qui présente en section transversale la forme d'un U dont les branches sont brisées en deux portions en formant un angle obtus tourné vers l'intérieur du U. Cette forme approche celle du pied 121 de l'aube 121 de sorte que les tronçons d'extrémité des branches du U du clinquant recouvrent la zone 14 de contact entre le pied 121 et l'alvéole 101.
Sur la figure 2, le film 20 recouvre toute la surface extérieure du clinquant 22.
Ici aussi, à titre de variante, on peut prévoir que le film 20 recouvre seulement toute la surface de la paroi de l'alvéole 101, ou bien à la fois toute la surface extérieure du clinquant 22 et toute la surface de la paroi de l'alvéole 101 ou encore seulement une région comprenant au moins la zone 14 de l'une, de l'autre ou de ces deux surfaces.
La méthode de réalisation de cette variante de montage est très proche de celle décrite précédemment en relation avec la figure 1, à la seule différence de la présence du clinquant 22. La encore, il est entendu que l'on peut mettre en place le film 20 conformément à la présente invention soit sur un clinquant 22 neuf non revêtu, soit sur un clinquant 22 déjà utilisé et revêtu (en retirant ou non ce revêtement métallique classique) ainsi qu'en réparation d'une partie ou de toute la surface du clinquant préalablement revêtu d'un tel film 20.
On comprend donc que l'invention permet d'obtenir très facilement, et selon plusieurs variantes lui donnant une grande souplesse de mise en oeuvre, des résultats de tenue à l'usure tout à fait excellents sans modifier l'agencement du montage de l'art antérieur des aubes, que ce soit en montage initial, ou en réparation d'un montage pré existant. 3 a) there is disposed, between the foot and the cell, at least one non-metallic film coated or impregnated with a polymer glue; and b) the glue is taken so that the film adheres to the foot of dawn and / or on the surface of the cell.
In this case, it is understood that the film replaces the coating anti-wear metal of the prior art.
Indeed, it has been found that the use of such a non-metallic film chosen for its "anti-wear" properties, placed between two pieces metallic, for example directly on the foot of dawn and so coming in contact with the surface of the cell of the support, makes it possible to reduce the coefficient of friction in the contact areas and therefore reduce very significantly wear of the mounting of the foot of dawn, so increase the service life of this connection, without compromising its mechanical strength, before that it is necessary to have recourse to a remedy.
This type of film is already used for mounting the blade roots made of composite material using a fiber-like film type resistant impregnated with resin.
However, according to the invention, it is now proposed that type of solution for metal dawn feet, in particular made of titanium, with quite satisfactory results.
Of course, the use of such a non-metallic film in the between the cells and the dawn feet is only possible in so-called cold zones of a turbomachine.
In addition, it should be noted that the laying of such a film is remarkably simpler than depositing a metal coating that is achieved for example by the plasma deposition technique.
In addition, when it comes to repairing the wear surface of the foot of the dawn, the withdrawal, partial or total, of the film takes place in a way made easy, by simple peeling using a scalpel. Application and fixation of new replacement film being, too, made much more easier and faster than for a metal coating without no technologically complex and risk-free material to damage the support.
Thus, the process according to the invention is at the same time usable during the initial assembly but also for the realization of a repair of the assembly between the foot of a dawn and its alveolus that this . 4 assembly was initially performed in accordance with the invention or in using an anti-wear metal coating.
Advantageously, the film is pre-glued, on the surface or in bulk.
Preferably, the glue is heat-polymerizable and during step b) placing the assembly comprising at least the root of the blade, the support and the film in an autoclave heated to a temperature allowing taking the glue, for a predetermined minimum duration.
According to an alternative embodiment of the method according to the invention, during step a) the foot of the dawn is coated with a metallic foil, said non-metallic anti-wear film then being disposed between the clicking and the cell.
The invention also relates to an assembly for mounting the foot of a fixed or moving blade of a metal turbine engine in the cell of a metal support, which is reliable, simple and economical to implement and to repair.
This goal is achieved by the fact that this set includes, between the foot and the cell, at least one non-metallic film coated or impregnated a polymer adhesive.
According to a preferred arrangement, the film is arranged so that the glue adheres on the foot of dawn. Alternatively, we can predict that the film adheres on the surface of the cell of the support.
According to another preferred arrangement, the film comprises fibers of glass, polytetrafluoroethylene, in particular Teflon (brand deposited) and / or polyamide, especially in the form of fibers, in particular Kevlar or Nomex (registered trademarks).
Among the various possible solutions for the structure of the film of polymer, the non-metallic film advantageously comprises a fabric of synthetic fibers. Indeed, there are many types of tissues synthetic materials with high wear resistance, as well as a low coefficient of friction.
Advantageously, the glue is heat-polymerizable, which allows to control the moment of taking this glue by placing the whole in an autoclave heated to a minimum temperature for a time predetermined. By way of non-limiting example, the glue is of the resin type and it comprises a phenolic resin or polyurethane.
The assembly according to the present invention encompasses the situation in which the foot of the dawn is directly housed in the cell but also the case where the assembly further comprises at least one foil mounted on the foot of the blade, said non-metallic film being 5 then arranged between the clicking and the cell.
Preferably, the root of the blade is made of titanium, aluminum or steel or one of their alloys.
Also, preferably the support of the blade is made of titanium, aluminum or steel or any of their alloys.
The present invention also relates to a blower of turbomachine comprising assemblies for mounting the foot of a dawn according to one of the definitions given above, characterized in that the vanes are movable and the support is formed of the rotor disk.
The present invention also relates to a compressor of turbomachine comprising assemblies for mounting the foot of a dawn according to one of the definitions given above, characterized in that that the blades are movable and the support is formed of the rotor disc.
The present invention also relates to a compressor of turbomachine comprising assemblies for mounting the foot of a dawn according to one of the definitions given above, characterized in that that the blades are fixed and the support is formed of a flange.
Such compressors are in particular compressors of turbomachine type low pressure, but the invention can also relate to blades located at the inlet of a high-pressure compressor, where the temperature reached does not call into question the mechanical properties of one of the constituents of the anti-wear layer, know the film and the glue.
Finally, the present invention also relates to a turbomachine equipped with sets for mounting the foot of a blade according to one of definitions given previously.
The invention will be well understood and its advantages will appear better at reading the following detailed description of an embodiment of the invention shown by way of non-limiting example.
The description refers to the accompanying drawings in which FIG. 1 represents a partial cross-sectional view a blower showing the mounting of the foot of a blade in the rotor, the blade being subjected to the centrifugal forces of rotation, and FIG. 2 represents a view similar to that of FIG. 1 according to an alternative embodiment of the present invention.
FIG. 1 represents the mounting on the disk 10 of a fan or rotor, a blade 12 whose foot 121 is housed in one of the multiples cavities 101 of the disk 10.
More specifically, each cell 101 has a shape substantially complementary to the shape of the foot 121 of the blade 12 for form a dovetail type fitting.
The cells 101 are distributed radially equidistantly all along the circumference of the disk 10, being open towards outside.
As can be seen in the figures showing an enlarged portion of the cross section of the disk 10, that is to say a section orthogonal to the axis of rotation of the blower, each foot 121 of a blade 12 has a symmetrical contour with two side walls 122 divergent relative to each other since the body of the dawn 12 in direction of the free end of the foot 121 of the blade 12, to a wall of bottom 124 substantially parallel to the axis of rotation and the periphery of the disk 10, and orthogonal to the longitudinal principal direction of dawn 12 corresponding.
The cells 101 have a similar shape with walls lateral 102 inclined towards outward from the circumference in the direction from the inner portion of the disc 10 to a bottom wall 104.
The dimensions of the foot 121 of the blade 12 and the cell 101 are such that when the rotor 10 is at rest, the foot 121 is retained in the cell 101, the bottom wall 124 of the foot 121 can then touch the bottom wall 104 of the cell 101.
When the rotor 10 is operational during the operation of the motor or turbomachine, the rotation of the rotor 10 around the central axis causes the blades 12 to move radially towards the outside because of the centrifugal forces, that is to say in the direction of the arrow 13 in Figure 1. At this time, the side walls 122 of the foot 121 of the blade 12 are in abutment against the side walls 102 of the cell 101, which ensures the retention of the blade 12 inside the cell 101, that is to say its connection with the disk 10.
At each change in the speed of rotation of the rotor 10, the 121 foot slide movement of dawn combined with pressure contact of the foot 121 and the coefficient of friction between the materials of the blade 12 and the disk 10, generate shear forces at a time on the disk 10 and on the blade 12, one moving radially relative to to the other from 1 to a few millimeters.
In particular, as shown in Figure 1, there is operating a contact zone called scope subject to significant effort, designated as reference 14, between the wall 122 of the foot 121 and the side wall 102 of the cell 101, and a contactless region indicated under reference number 16, which is not subject to any mechanical contact stress during the rotation of the rotor formed of the disk 10.
According to the invention, deterioration of fatigue and wear which intervene on the surfaces in contact with the side walls 102 and 122 because of the relative movement between the foot 121 of the blade 12 and the cell 101 of the rotor 10 are reduced by the use of a film metal 20 which coats the entire outer surface of the foot 121.
More specifically, a film 20 is used which is advantageously formed of an anti-wear fabric, for example a fabric of the referenced family CHEMFAB from Saint-Gobain, made from fiberglass, and / or aramid fibers, such as those known under the trademarks Nomex or Kevlar.
This film 20 adheres to the outer surface of the foot 121 with an adhesive coating or impregnating the film 20, at least on the face of the film 20 in front of to adhere, this adhesive being preferably of the resin type and advantageously a phenolic resin or polyurethane.
For example, it has been used successfully for alloy blades 12 of titanium and a titanium alloy disc 10, a film made in the pre-glued anti-wear fabric called Vespel ASB 0664 from the Pont de Nemours (fabric composed of fibers of Nomex and Teflon-marks deposited-pre-glued with phenolic resin), with, as glue, a phenolic resin referenced Plyophen 23057 of the company Durez.
This film 20 has a first face coated with a layer of polytetrafluoroethylene as a lubricant and a second face to be glued which has a good surface of attachment, the thickness of this film being of the order of a few tenths of a millimeter.
The glue is applied evenly to the second side of the film and this second face of the pre-bonded film 20 is disposed on the walls lateral 122 and the bottom wall 124 of the foot 121 of each blade 12.
Preferably, the assembly formed by the foot of the blade 121, the resin and the film 20 during bonding, i.e.
polymerization of the resin. The pressure used is of the order of 7 to 14 MPa. This ensures a good adhesion of the glue on the whole surface as well as the evacuation of solvents.
During this time, the polymerization is carried out which is carried out, in the exemplary embodiment, at 170 ° C for a period of 1 hour.
We obtain a crushed film adhering perfectly over the entire surface of the foot 121 of the blade 12 so as to guarantee its presence in the zone 14, after assembly as it appears in FIG.
Advantageously, in the case of the exemplary embodiment, the film 20 has on its surface opposite to that which will adhere on the foot 121, a layer of polytetrafluoroethylene (PTFE) that forms a surface lubricant significantly reducing the coefficient of friction with the surface of the side walls 102 of the cell 101, this coefficient of friction up to 0.1.
After gluing, we can clean the foot 121 of the dawn to remove Excess resin by sanding with glass beads.
Advantageously, following the tests carried out with a mounting according to that of Figure 1 and according to the prescriptions of the embodiment described above, it has been possible to increase very important way the life of the assembly between the foot 121 and the cell 101.
Indeed, it results from these wear tests that we go from one undamaged resistance of 10,000 cycles with a coating 800,000 cycles of conventional metal with the film 20 of the example of production.
It is therefore understandable that in addition to the advantages in terms of ease of laying and rectification, the use according to the invention of a film non-metallic 20 anti-wear coated with a layer of Polytetrafluoroethylene brings considerably increased resistance to frictional wear.
Among the other advantages of the present invention, it is necessary to note the ability to avoid changes in the structure of the disc material 10, which is sometimes encountered, for example in the form of a bleed, during the deposition of a metallic coating, in particular of the plasma type, or withdrawal of this deposit.
In addition, wear protection by a non-metallic film allows for easier non-destructive testing of the foot 121 of dawn. For example, one can resort to the technique of currents of Foucault that can detect defects (especially micro-cracks or cracks) of small size (from about 0.1 mm).
Moreover, with such an improvement, it is possible to do without machining called "undercut" of expanding the cell in the output region of the litter 14, adjacent to the non-contact region 16, where are usually constraint nodes.
Thus, the use for the film 20 of a technical fabric combining reinforcing fibers (aramid type) and teflon fibers providing a lubrication, achieves a decrease in the coefficient of friction in the zone 14, therefore a reduction in the forces generated, which is equivalent to an improvement of the mechanical resistance.
Advantageously, the film 20 is a technical fabric formed of a fabric of glass fibers and / or polyamide fibers, comprising advantageously polytetrafluoroethylene.
The foregoing disclosure provides for placing a film 20 over the entire surface foot 121 of each blade. We understand that this solution is more easier and faster but in reality, to achieve the goal of the invention, it suffices that the film 20 covers the side walls 122 of the foot 121 in the contact zone, that is to say the span 14.
This technique can be implemented also, according to a variant, by bonding the non-metallic film 20 on the wall of the cell 101 (case not shown).
According to another variant not shown, it is possible to fix a film 20 to both on the foot 121 of the blade 12 and on the wall of the cell 101.
It should be noted that the process according to the invention is at the same time usable during the initial assembly but also for the realization of a repair of the assembly between the foot 121 of a blade 12 and its cavity 101 that this assembly was originally made according to the invention or 5 having previously had recourse to an anti-metallic coating wear.
In the latter case, the film 20 can be applied for repair on the old metal coating after pre-treatment consisting of sand and clean the coating or after complete removal of this 10 old metal coating.
Also, as it appears in FIG. 2, according to a variant of embodiment, the polymer film 20 is glued on a metal foil 22, made for example nickel base superalloy or stainless steel.
In this figure, the elements identical to those of FIG.
kept the same reference signs.
In this case, to implement the invention, a core is used.
rigid disposed inside the foil 22 to avoid a possible deformation of the latter during the pressure polymerization of the glue.
The foil 22 is a curved sheet which has in section transverse the shape of a U whose branches are broken in two portions at an obtuse angle towards the inside of the U. This shape approaches that of foot 121 of dawn 121 so the sections end of the branches of the foil U cover area 14 of contact between the foot 121 and the cell 101.
In FIG. 2, the film 20 covers the entire outer surface of the foil 22.
Here again, as a variant, it is possible for the film 20 to cover only the entire surface of the wall of the cell 101, or at the same time the entire outer surface of the foil 22 and the entire surface of the wall of the cell 101 or only a region comprising at least the zone 14 of one or the other or both of these surfaces.
The method of realization of this mounting variant is very close to that described above in relation to FIG.
only difference of the presence of the tinsel 22. The still, it is understood that we can set up the film 20 in accordance with this invention is on a foil 22 nine uncoated or on a foil 22 already used and coated (whether or not removing this metal coating classic) as well as in repairing part or all of the surface of the foil previously coated with such a film 20.
It is therefore understood that the invention makes it possible to obtain very easily and according to several variants giving it a great flexibility of implementation very good wear-resistance results without modifying the arrangement of the assembly of the prior art blades, whether in initial assembly, or repair of a pre-existing assembly.