CA2730584C - Procede de fabrication d'une piece d'aubage - Google Patents

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Abstract

La présente invention porte sur un procédé de fabrication d'un secteur d'aubage métallique (1) pour distributeur basse pression de turbomachine dont une aube (14) au moins comprend une cavité interne (13) destinée à recevoir ou communiquer avec une sonde de détection des gaz et au moins un trou (19) ménagé dans la paroi constituant un passage de gaz de la zone base pression de la turbomachine vers ladite cavité (13) et la sonde par la mise en place, dans un moule de coulée, d'un noyau correspondant à ladite cavité (13) et coulée d'un métal fondu dans la cavité dudit moule de coulée. Le procédé est caractérisé par le fait que le noyau (20) comprend, pour chaque trou (19) de communication de ladite cavité (13), une protubérance (22) pénétrant dans la surface interne du moule et constituant le seul élément de maintien du noyau (20) dans le moule de coulée.

Description

2 1 PCT/FR2009/051415 PROCEDE DE FABRICATION D'UNE PIECE D'AUBAGE

La présente invention porte sur la fabrication des aubages métalliques de turbomachines, plus particulièrement de pièces présentant des cavités internes et des trous ou orifices faisant communiquer ces cavités avec l'extérieur des aubages.
De tels aubages sont en général fabriqués par coulée de pièces d'aubage individuelles constituant chacune un secteur d'aubage, selon une technique de fonderie à cire perdue, bien connue en soi. Cette technique passe par la réalisation d'un modèle en cire ou autre matériau équivalent qui comprend une pièce interne formant un noyau de fonderie et figurant les cavités de l'aubage. On utilise pour former le modèle un moule d'injection pour cire dans lequel on place le noyau et on y injecte la cire. Le modèle en cire est ensuite trempé plusieurs fois dans des barbotines constituées d'une suspension de particules en céramique pour confectionner un moule carapace. On élimine la cire et on cuit le moule carapace. On obtient l'aubage en coulant un métal en fusion qui vient occuper les vides entre la paroi intérieure du moule carapace et le noyau.
Dans un étage de distributeurs à basse pression de turbomachine, une partie des aubes ou pales comporte une cavité interne et une série de trous faisant communiquer cette cavité avec l'extérieur de l'aube.
Cette cavité et cette série de trous permettent la mise en place de sondes de détection de température, désignées sondes EGT - 'Exhaust Gaz Temperature'. A titre d'exemple, pour un distributeur basse pression d'une turbomachine type de l'état de l'art, comprenant 18 secteurs ou segments d'aubage, une aube de chaque secteur comprenant 8 aubes est pourvue d'une cavité interne et d'une série de trous.
Les sondes de températures dans cette zone particulière de la turbomachine servent à la surveillance du bon fonctionnement et de l'usure du moteur.

Selon la technique actuelle, la cavité de ces aubages devant recevoir une sonde de température est réalisée par la mise en place de noyaux munis de tenons supérieurs et inférieurs, formant, lors de la coulée du métal, des orifices dans la plate forme extérieure et dans la plateforme intérieure de la pièce ; l'orifice de la plateforme extérieure est destiné à recevoir ou être en communication avec la sonde de température, tandis que l'orifice de la plateforme intérieure ne sert qu'au maintien en place du noyau lors de la coulée du métal, et nécessite donc la mise en place d'une plaquette d'obturation, brasée lors de la finition du secteur d'aubage.
Les trous de communication entre la cavité de la pale de l'aube recevant la sonde et l'extérieur de l'aubage sont réalisés par perçage /
usinage (notamment par usinage par électroérosion ou usinage EDM) après coulée de la pièce.
Cette manière de procéder implique donc une opération additionnelle, qui de surcroît engendre une zone brûlée autour du trou ayant des propriétés mécaniques inadéquates.
La présente invention a pour objectif de fournir un procédé de fabrication de pièces d'aubage métalliques évitant ces inconvénients.
L'invention propose à cet effet un procédé de fabrication d'un secteur d'aubage métallique pour distributeur basse pression de turbomachine dont une aube au moins comprend une cavité interne destinée à recevoir ou communiquer avec une sonde de détection des gaz et au moins un trou, ménagé dans la paroi, constituant un passage de gaz de la zone base pression de la turbomachine vers ladite cavité et la sonde par la mise en place, dans un moule de coulée, d'un noyau correspondant à ladite cavité et coulée d'un métal fondu dans la cavité
dudit moule de coulée. Ce procédé est caractérisé par le fait que ledit noyau comprend, pour chaque trou de communication de ladite cavité, une protubérance pénétrant dans la surface interne du moule et
3 PCT/FR2009/051415 constituant le seul élément de maintien du noyau dans le moule de coulée.
Selon l'invention cette sonde de détection constitue, de manière préférée, une sonde de détection de température, plus particulièrement une sonde de détection de température de type EGT.
Conformément à un autre aspect préféré de l'invention, le procédé
opère plus particulièrement selon une technique de fonderie à cire perdue, en produisant un moule carapace dans lequel le noyau est mis en place, le moule carapace constituant le moule de coulée.
Selon encore une particularité préférée de l'invention, la base des protubérances du noyau de coulée comprend un `rayonnage' ou arrondi, réalisant un rayonnage à la base du trou de coulée, permettant ainsi d'éviter la formation de criques ou autres micro fissures non détectables lors de contrôles à la fabrication, lors de la coulée.
Selon encore un autre aspect préféré de l'invention, le noyau de coulée comprend plusieurs protubérances (par exemple entre 3 et 8 protubérances, de préférence 5) constituant les seuls éléments de maintien du noyau dans le moule de coulée, tandis qu'un orifice destiné à
l'introduction d'une sonde dans la cavité dans au moins une aube de la pièce d'aubage est obtenu par perçage de ladite pièce en prolongement de la cavité.
On obtient de cette manière une pièce d'aubage avec une aube ayant une cavité et plusieurs trous (par exemple entre 3 et 8 trous, de préférence 5).
Selon un mode de réalisation particulièrement intéressant de ce dernier aspect préféré de l'invention, il est possible de produire un seul modèle de pièces d'aubage / secteurs d'aubage pour l'ensemble du distributeur, tandis que seuls les secteurs d'aubage destinés à recevoir une sonde sont percés en prolongement de la cavité. Cela permet de
4 PCT/FR2009/051415 réaliser des économies importantes du point de vue du procédé de production et de la gestion des stocks.
Le nouveau procédé selon l'invention présente les avantages suivants par rapport au procédé selon la technique existante :
- une économie résultant de la suppression de l'opération de perçage par électroérosion des trous (cinq) dans l'aubage à cavité interne et une économie résultant de la suppression de rebuts associés à cette opération délicate;
- la suppression de l'opération de brasage d'une plaquette d'obturation sur le trou de sortie inférieure du noyau actuel.
D'autres détails et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description de deux modes de réalisation de secteurs d'aubages pour distributeur basse pression d'une turbomachine, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 représente un secteur d'aubage type pour distributeur basse pression d'une turbomachine;
- les figures 2a et 2b représentent, schématiquement, deux étapes de fabrication d'un secteur d'aubage selon la technique actuelle;
- la figure 3 représente un noyau de coulée tel qu'utilisé
actuellement avant l'invention;
- les figures 4a et 4b représentent, schématiquement, la fabrication d'un secteur d'aubage selon l'invention;
- la figure 5 représente un noyau de coulée selon l'invention;
-la figure 6 montre, en agrandissement, la base rayonnée de l'une des protubérances du noyau selon la figure 5;
- la figure 7 représente la coupe d'une pale ou aube à cavité et trou, selon l'invention, montrant la forme rayonnée du trou.
Les figures illustrent la fabrication d'un secteur d'aubage 1 pour distributeur basse pression d'une turbomachine, tel que représenté à la
5 PCT/FR2009/051415 figure 1. Le secteur 1 est composé d'aubes 4, six sur la figure 1, disposées radialement entre une plateforme intérieure 8 et une plateforme radialement extérieure 7. Les deux plateformes délimitent la veine de gaz dans laquelle les pales des aubes assurent le guidage du flux gazeux. Les secteurs une fois assemblés forment une roue de distributeurs. Le secteur représenté est un secteur des étages à basse pression de la turbomachine. Les pales sont pleines à l'exception ici d'une pale dont la fonction est de permettre le prélèvement de gaz pour assurer la mesure de leur température. Il s'agit de la mesure dite EGT. La pale de la première aube sur ce secteur est percée d'orifices (9) mettant la veine de gaz en communication avec sa cavité interne.
Comme l'illustre la figure 2a représentant schématiquement un modèle de fonderie d'un secteur d'aubage, le modèle de l'une des pales est pourvu d'un noyau 2. Le noyau de coulée 2, selon la technologie actuelle (en général en céramique), forme la cavité 3 dans le modèle de la pale 4 du secteur d'aubage 1. Après coulée comme le représente la figure 2b, on obtient deux orifices 5 et 6 dans, respectivement, les plateformes, supérieure 7 et inférieure 8, du secteur d'aubage 1, tandis que les trous 9 dans la paroi de l'aube faisant communiquer la cavité 3 avec l'extérieur de l'aube 4, d'une dimension d'approximativement 2,2 mm, doivent être percés après la coulée du métal, par usinage EDM
(électroérosion).
L'orifice supérieur 5 permet le placement d'une sonde EGT
assurant la prise de température pour l'alarme cockpit, tandis que l'orifice inférieur 6 doit être rebouché par le brasage d'une plaquette 8'.
Le noyau 2 selon la technique actuelle nécessite, de par sa longueur, une sortie inférieure pour le maintenir dans le moule carapace.
Cela implique comme inconvénients que l'orifice 6 ainsi généré doit être rebouché et que le noyau 2 comporte une protubérance fragile 2',
6 PCT/FR2009/051415 représentée sur la figure 3, en raison du peu de place disponible pour la sortie noyau au niveau de la plate forme intérieure 8.
Le but de l'invention est donc de limiter la casse de noyaux au niveau des protubérances, de ne plus avoir à reboucher l'orifice 6 et de supprimer l'opération de perçage des trous 9 après la coulée de la pièce.
Comme l'illustrent les figures 4a et 4b, dans le procédé selon l'invention on se sert des trous à former dans la paroi de la pale pour maintenir en place un noyau 20, par l'intermédiaire de protubérances 22 sur le noyau 20 en céramique. Le noyau selon l'invention 20 est représenté sur la figure 5. Il comprend une partie tubulaire 21 dont la forme correspond à celle de la cavité à obtenir dans la pale. Un tenon 23 forme l'ouverture dans la plate forme supérieure. Réparties le long de cette partie tubulaire 21, des protubérances 22 en forme de tiges s'étendent perpendiculairement à l'axe du noyau. Ces protubérances ont une section correspondant à celle des orifices que l'on souhaite former dans la paroi de la pale. Leur nombre est égal à celui des orifices à
ménager. La figure 4a montre la disposition du noyau dans le modèle de fonderie. Le noyau 20 est maintenu en place par les protubérances 22 traversant la paroi du modèle. La figure 4b montre le schéma d'un secteur obtenu après fonderie. Les aubes 14 sont disposées entre les plateformes, intérieure 18 et extérieure 17. Une aube présente une cavité
longitudinale 13 percée d'orifices 19 mettant la veine de gaz en communication avec la cavité 13. La cavité 13 ne présente pas d'ouverture dans la plateforme intérieure 18.
Les trous 19 faisant communiquer la cavité 13 avec l'extérieur de l'aube 4 - appelés trous EGT (Exhaust Gaz Temperature) - sont donc obtenus en fonderie.
On élimine ainsi la partie fragile du noyau formée par la protubérance sortant au niveau de la plate forme inférieure, on élimine par la même occasion la nécessité de reboucher l'orifice ainsi engendré
7 PCT/FR2009/051415 et on évite l'opération de perçage des trous EGT, par électroérosion. On évite l'apparition de zones affectées thermiquement (zone brûlée) autour des trous pouvant engendrer un moins bon comportement mécanique.
De plus la présence de trous le long de la pale permet d'éliminer plus simplement le noyau, par attaque chimique, de la pièce en métal en l'absence de sortie au niveau de la plate forme inférieure.
L'invention consiste donc à utiliser un noyau 20 plus court que le noyau 2 de l'art antérieur et comprenant des protubérances ou 'picots' 22 par lesquels il est maintenu en place. Ceux-ci sont par exemple en céramique, mais les picots peuvent aussi être formés de tubes de quartz intégrés au noyau lors de son injection, Comme l'illustre plus particulièrement la figure 6 qui est une vue agrandie du noyau de la figure 5, la base 22' des protubérances 22 du noyau 20 présente un rayonnage ou arrondi qu'on appelle forme 'rayonnée'.
La forme des trous 19 ainsi obtenus par coulée de métal dans le moule présente un rayonnage / arrondi correspondant 19', comme illustré
à la figure 7. Cette forme rayonnée 19' du trou 19 permet d'éviter la formation de criques internes, défauts qui ne sont pratiquement pas détectables par le contrôle à la fabrication.
Selon une variante de l'invention (non représentée sur les figures) le noyau 20 peut également être réalisé sans sortie dans la plate forme supérieure 17 ; dans ce cas le maintien du noyau dans le moule est obtenu uniquement par les protubérances 22 et il n'y a pas de formation d'orifice supérieur 15.
Cette variante permet de fabriquer un seul modèle de secteurs d'aubage de distributeur ; on modifie alors uniquement les exemplaires de ce secteur unique qui sont destinés à recevoir une sonde, en perçant un orifice 5' dans la plate forme supérieure 17, en communication avec la cavité 13.
8 PCT/FR2009/051415 On réalise ainsi des économies supplémentaires du point de vue du procédé de production et de la gestion des stocks.

Claims (6)

REVENDICATIONS
1.
Procédé de fabrication d'un secteur d'aubage métallique pour distributeur basse pression de turbomachine dont au moins une aube comprend une cavité interne destinée à recevoir ou communiquer avec une sonde de détection des gaz et au moins un trou ménagé dans la paroi constituant un passage de gaz d'une zone base pression de la turbomachine vers ladite cavité et la sonde, ledit procédé
comprenant de :
fournir un moule de coulée pour les secteur, ledit moule incluant une première partie correspondant à une plateforme radialement externe du secteur, une seconde partie correspondant à une plateforme radialement interne du secteur, et au moins une troisième partie s'étendant entre la première et la seconde partie et correspondant à ladite au moins une aube;
mettre en place un noyau correspondant à ladite cavité dans le moule de coulée; et couler un métal fondu entre une paroi intérieure du moule de coulée et ledit noyau pour former le secteur;
dans lequel le noyau comprend, pour chaque trou de communication de ladite cavité, une protubérance pénétrant dans une surface interne du moule et maintenant le noyau en position dans le moule de coulée; et dans lequel une première extrémité du noyau s'étend à travers la première partie du moule, et une seconde extrémité du noyau s'étend à une surface interne de la seconde partie du moule de coulée de façon à ce que la cavité
soit sans ouverture dans la plateforme interne du secteur.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la sonde de détection constitue une sonde de détection de température.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la sonde de détection constitue une sonde de détection de température de type EGT.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, opérant selon une technique de fonderie à cire perdue, en produisant un moule carapace dans lequel est mis en place le noyau, le moule carapace constituant le moule de coulée.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel une base des protubérances comprend un rayonnage ou un arrondi, réalisant un rayonnage à la base du trou de coulée.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le noyau comprend plusieurs protubérances.
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