CA2875371C - Paroi stator de turbomachine recouverte d'un revetement abradable - Google Patents
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Abstract
Partie annulaire de stator de turbomachine comportant un support structural (10) muni successivement d'une sous-couche d'accrochage (12) et d'un revêtement abradable (14) formé par une résine chargée de microbilles, la sous-couche d'accrochage assurant la fixation du revêtement abradable sur le support structural étant formée par une armature fibreuse à fibres longues dont une partie périphérique (12A, 12B) est solidarisée avec le support structural et dont une partie centrale (12C) est noyée dans la résine chargée de microbilles lors de la fixation du revêtement abradable sur le support structural.
Description
2 Paroi stator de turbomachine recouverte d'un revêtement abradable Arrière-plan de l'invention L'invention concerne les parois stator de turbomachines munies de revêtements abradables, notamment pour moteurs d'aéronefs, tels que les carters de rétention de soufflante ou de compresseur basse pression.
Un tel carter peut être formé d'une pluralité de secteurs de paroi jointifs (mais une structure fermée ou en demi-coquille est aussi possible) qui entourent un ensemble d'aubes rotatives mues par les gaz de combustion. Afin d'assurer un fonctionnement à jeu réduit et assurer ainsi les performances demandées à la turbomachine en termes de consommation et de rendement, les aubes rotatives doivent entrer en contact avec des revêtements abradables disposés sur les carters.
Typiquement, un revêtement abradable est constitué d'un matériau à base de résine chargé d'un agent porogène de type microbilles creuses en matériau réfractaire et formé habituellement par moulage ou dépôt physique, par exemple par projection thermique, sur la surface à protéger.
Or, selon la nature du matériau de la partie structurale, métallique ou composite, il peut être constaté des pertes d'adhérences du matériau abradable qui peuvent conduire à son décollement et entrainer alors des ingestions plus ou moins importantes du matériau la constituant par le flux secondaire de la turbomachine.
Afin de résoudre ce problème de perte d'adhérence, il est connu de procéder au sablage ou au toilage de la partie structurale préalablement au dépôt de la protection thermique. Malheureusement, cette solution ne peut être généralisée aux surfaces ayant reçues un traitement électrolytique ou électrochimique de protection ou de passivation car une telle opération aurait pour conséquence de détruire ce traitement particulier.
Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant une paroi stator dont le revêtement abradable peut recouvrir tout type de surface, métallique ou composite, sans être soumis à de tels décollements locaux.
Ce but est atteint grâce à une partie annulaire de stator de turbomachine comportant un support structural muni successivement d'une sous-couche d'accrochage et d'un revêtement abradable formé par une résine chargée de microbilles, caractérisée en ce que ladite sous-couche d'accrochage assurant la fixation dudit revêtement abradable sur ledit support structural est formée par une armature fibreuse à fibres longues dont une partie périphérique est solidarisée avec ledit support structural et dont une partie centrale est noyée dans ladite résine chargée de microbilles lors de ladite fixation dudit revêtement abradable sur ledit support structural.
Ainsi, en traversant une armature fibreuse à fibres longues, le revêtement abradable se retrouve parfaitement solidarisé au support structural, ce qui évite tout décollement localisé. L'invention est ainsi particulièrement adaptée à des parties de carter en aluminium anodisé ou une préparation de surface par toilage ou sablage est interdite.
Selon une disposition avantageuse, ladite armature fibreuse comporte un ou plusieurs plis juxtaposés de tissus de fibres longues à
deux dimensions. Ladite armature fibreuse peut comporter un pli non imprégné d'un tissu 2D de fibres de verre ou de tout autre renfort à fibres longues ou encore plusieurs plis pré-imprégnés au moins en partie à leur périphérie de tissus 2D de fibres de verre ou de tout autre renfort à fibres longues.
Selon une autre disposition avantageuse, ledit support structural peut être à base d'alliage métallique et ladite partie périphérique est collée au dit support structural au moyen d'une résine époxyde ou encore à base de matériau composite et ladite partie périphérique est cocuite avec ledit support structural lors de l'élaboration dudit support structural.
De préférence, ladite résine chargée de microbilles est une résine de silicone ou époxyde et lesdites microbilles sont des billes creuses de verre ou d'un matériau réfractaire.
Avantageusement, ladite fixation dudit revêtement abradable sur ledit support structural comporte un dépôt par projection thermique, injection, moulage ou encore spatulage, de façon à imprégner ladite armature fibreuse et ledit support structural.
L'invention concerne également tout stator de turbomachine comportant une partie annulaire telle que précitée.
Un tel carter peut être formé d'une pluralité de secteurs de paroi jointifs (mais une structure fermée ou en demi-coquille est aussi possible) qui entourent un ensemble d'aubes rotatives mues par les gaz de combustion. Afin d'assurer un fonctionnement à jeu réduit et assurer ainsi les performances demandées à la turbomachine en termes de consommation et de rendement, les aubes rotatives doivent entrer en contact avec des revêtements abradables disposés sur les carters.
Typiquement, un revêtement abradable est constitué d'un matériau à base de résine chargé d'un agent porogène de type microbilles creuses en matériau réfractaire et formé habituellement par moulage ou dépôt physique, par exemple par projection thermique, sur la surface à protéger.
Or, selon la nature du matériau de la partie structurale, métallique ou composite, il peut être constaté des pertes d'adhérences du matériau abradable qui peuvent conduire à son décollement et entrainer alors des ingestions plus ou moins importantes du matériau la constituant par le flux secondaire de la turbomachine.
Afin de résoudre ce problème de perte d'adhérence, il est connu de procéder au sablage ou au toilage de la partie structurale préalablement au dépôt de la protection thermique. Malheureusement, cette solution ne peut être généralisée aux surfaces ayant reçues un traitement électrolytique ou électrochimique de protection ou de passivation car une telle opération aurait pour conséquence de détruire ce traitement particulier.
Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant une paroi stator dont le revêtement abradable peut recouvrir tout type de surface, métallique ou composite, sans être soumis à de tels décollements locaux.
Ce but est atteint grâce à une partie annulaire de stator de turbomachine comportant un support structural muni successivement d'une sous-couche d'accrochage et d'un revêtement abradable formé par une résine chargée de microbilles, caractérisée en ce que ladite sous-couche d'accrochage assurant la fixation dudit revêtement abradable sur ledit support structural est formée par une armature fibreuse à fibres longues dont une partie périphérique est solidarisée avec ledit support structural et dont une partie centrale est noyée dans ladite résine chargée de microbilles lors de ladite fixation dudit revêtement abradable sur ledit support structural.
Ainsi, en traversant une armature fibreuse à fibres longues, le revêtement abradable se retrouve parfaitement solidarisé au support structural, ce qui évite tout décollement localisé. L'invention est ainsi particulièrement adaptée à des parties de carter en aluminium anodisé ou une préparation de surface par toilage ou sablage est interdite.
Selon une disposition avantageuse, ladite armature fibreuse comporte un ou plusieurs plis juxtaposés de tissus de fibres longues à
deux dimensions. Ladite armature fibreuse peut comporter un pli non imprégné d'un tissu 2D de fibres de verre ou de tout autre renfort à fibres longues ou encore plusieurs plis pré-imprégnés au moins en partie à leur périphérie de tissus 2D de fibres de verre ou de tout autre renfort à fibres longues.
Selon une autre disposition avantageuse, ledit support structural peut être à base d'alliage métallique et ladite partie périphérique est collée au dit support structural au moyen d'une résine époxyde ou encore à base de matériau composite et ladite partie périphérique est cocuite avec ledit support structural lors de l'élaboration dudit support structural.
De préférence, ladite résine chargée de microbilles est une résine de silicone ou époxyde et lesdites microbilles sont des billes creuses de verre ou d'un matériau réfractaire.
Avantageusement, ladite fixation dudit revêtement abradable sur ledit support structural comporte un dépôt par projection thermique, injection, moulage ou encore spatulage, de façon à imprégner ladite armature fibreuse et ledit support structural.
L'invention concerne également tout stator de turbomachine comportant une partie annulaire telle que précitée.
3 Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif et sur lesquels :
- la figure 1 est une vue en coupe d'une partie annulaire métallique de stator de turbomachine selon l'invention ; et - la figure 2 est une vue en coupe d'une partie annulaire composite de stator de turbomachine selon l'invention.
Description détaillée d'un mode de réalisation La figure 1 représente en coupe une partie de carter de rétention de soufflante de turbomachine axiale formé par exemple par la mise bout à bout en direction circonférentielle d'une pluralité de secteurs.
Le carter entoure un ensemble tournant formé d'une pluralité d'aubes (non représentées), le jeu entre la surface interne du carter et les sommets des aubes étant nul ou quasi-nul.
Cette partie annulaire de stator comprend un support structural muni du côté interne (par rapport à la circulation des gaz de combustion) successivement d'une sous-couche d'accrochage 12 et d'un revêtement de protection thermique 14 formé d'un matériau abradable comportant des porosités et dans lequel les sommets des aubes peuvent partiellement pénétrer sans subir d'usure importante.
Dans ce premier mode de réalisation, le support structural 10 est un alliage métallique, par exemple de titane ou d'aluminium.
Le revêtement de protection thermique 14 est réalisé en un matériau comportant des porosités et ayant une tenue satisfaisante aux températures habituellement rencontrées en fonctionnement.
Classiquement, pour constituer ce revêtement abradable, on recourt à des matériaux à base de résine de silicone ou époxyde chargés d'un agent porogène de type microbilles creuses en matériau réfractaire, verre notamment.
Selon l'invention, la sous-couche d'accrochage 12 permettant la liaison du revêtement abradable avec la surface du support structural est formée par une armature de fibres de verre ou tout autre renfort à fibres
- la figure 1 est une vue en coupe d'une partie annulaire métallique de stator de turbomachine selon l'invention ; et - la figure 2 est une vue en coupe d'une partie annulaire composite de stator de turbomachine selon l'invention.
Description détaillée d'un mode de réalisation La figure 1 représente en coupe une partie de carter de rétention de soufflante de turbomachine axiale formé par exemple par la mise bout à bout en direction circonférentielle d'une pluralité de secteurs.
Le carter entoure un ensemble tournant formé d'une pluralité d'aubes (non représentées), le jeu entre la surface interne du carter et les sommets des aubes étant nul ou quasi-nul.
Cette partie annulaire de stator comprend un support structural muni du côté interne (par rapport à la circulation des gaz de combustion) successivement d'une sous-couche d'accrochage 12 et d'un revêtement de protection thermique 14 formé d'un matériau abradable comportant des porosités et dans lequel les sommets des aubes peuvent partiellement pénétrer sans subir d'usure importante.
Dans ce premier mode de réalisation, le support structural 10 est un alliage métallique, par exemple de titane ou d'aluminium.
Le revêtement de protection thermique 14 est réalisé en un matériau comportant des porosités et ayant une tenue satisfaisante aux températures habituellement rencontrées en fonctionnement.
Classiquement, pour constituer ce revêtement abradable, on recourt à des matériaux à base de résine de silicone ou époxyde chargés d'un agent porogène de type microbilles creuses en matériau réfractaire, verre notamment.
Selon l'invention, la sous-couche d'accrochage 12 permettant la liaison du revêtement abradable avec la surface du support structural est formée par une armature de fibres de verre ou tout autre renfort à fibres
4 longues (carbone ou aramide par exemple) qui est solidarisée en partie à
sa périphérie sur le support structural 10.
L'armature de fibres est constituée d'un ou plusieurs plis juxtaposés de tissus de fibres longues à deux dimensions. Lorsque cette armature ne comporte qu'un seul pli, celui-ci alors de préférence non imprégné (sec) est avantageusement collé à sa périphérie (ou au moins sur deux de ses bords latéraux 12A, 12B) à l'aide d'une résine époxyde (ou bien encore une résine silicone lorsque le revêtement abradable est à
base de silicone) sur le support structural 10. Par contre, lorsque cette armature comporte plusieurs plis, ceux-ci indépendants les uns des autres peuvent alors être préalablement pré-imprégnés au moins en partie à leur périphérie, notamment sur leurs bords latéraux, puis leur maintien est assuré par collage de ces bords latéraux sur le support structural 10 à
l'aide par exemple d'une résine époxyde. Cette imprégnation peut être avantageusement réalisée manuellement (stratification à la main) par exemple au rouleau ou au pistolet.
Dans ces deux configurations, la partie centrale de l'armature 12C laissée libre (c'est à dire non collée au support structural) est quant à
elle imprégnée lors du dépôt physique du revêtement abradable, par exemple par projection thermique de poudre en utilisant les techniques connues de dépôt par plasma lorsque le tissu est composé de fibres longues métalliques. Dans les autres cas, le matériau abradable peut être simplement injecté, moulé ou spatulé de façon à imprégner l'armature de fibres et la surface du support structural.
La figure 2 montre un autre exemple de réalisation de l'invention plus particulièrement adapté à un support structural 10 en matériau composite formé classiquement d'une armature de fibres de carbone, verre, aramide ou céramique noyées dans une résine époxyde ou aux propriétés similaires. Dans ce cas, la sous-couche d'accrochage 12 n'est pas collée à sa périphérie directement sur le support structural 10 à
l'aide d'une résine époxyde mais préférentiellement cocuite avec le support structural lors de l'élaboration de celui-ci, de telle sorte que cette armature se retrouve directement intégrée à la propre armature de fibres 10A structurant la surface de ce support structural. Bien entendu, on fait en sorte que cette cuisson n'affecte pas la partie centrale devant rester libre. La structure de la sous-couche d'accrochage 12 est toutefois identique à la précédente et formée par une armature de fibres de verre ou de tout autre renfort à fibres longues comportant un pli sec ou plusieurs plis pré-imprégnés de tissus de fibres longues à deux dimensions qui seront toutefois cocuits avec et non plus collés sur le support structural.
sa périphérie sur le support structural 10.
L'armature de fibres est constituée d'un ou plusieurs plis juxtaposés de tissus de fibres longues à deux dimensions. Lorsque cette armature ne comporte qu'un seul pli, celui-ci alors de préférence non imprégné (sec) est avantageusement collé à sa périphérie (ou au moins sur deux de ses bords latéraux 12A, 12B) à l'aide d'une résine époxyde (ou bien encore une résine silicone lorsque le revêtement abradable est à
base de silicone) sur le support structural 10. Par contre, lorsque cette armature comporte plusieurs plis, ceux-ci indépendants les uns des autres peuvent alors être préalablement pré-imprégnés au moins en partie à leur périphérie, notamment sur leurs bords latéraux, puis leur maintien est assuré par collage de ces bords latéraux sur le support structural 10 à
l'aide par exemple d'une résine époxyde. Cette imprégnation peut être avantageusement réalisée manuellement (stratification à la main) par exemple au rouleau ou au pistolet.
Dans ces deux configurations, la partie centrale de l'armature 12C laissée libre (c'est à dire non collée au support structural) est quant à
elle imprégnée lors du dépôt physique du revêtement abradable, par exemple par projection thermique de poudre en utilisant les techniques connues de dépôt par plasma lorsque le tissu est composé de fibres longues métalliques. Dans les autres cas, le matériau abradable peut être simplement injecté, moulé ou spatulé de façon à imprégner l'armature de fibres et la surface du support structural.
La figure 2 montre un autre exemple de réalisation de l'invention plus particulièrement adapté à un support structural 10 en matériau composite formé classiquement d'une armature de fibres de carbone, verre, aramide ou céramique noyées dans une résine époxyde ou aux propriétés similaires. Dans ce cas, la sous-couche d'accrochage 12 n'est pas collée à sa périphérie directement sur le support structural 10 à
l'aide d'une résine époxyde mais préférentiellement cocuite avec le support structural lors de l'élaboration de celui-ci, de telle sorte que cette armature se retrouve directement intégrée à la propre armature de fibres 10A structurant la surface de ce support structural. Bien entendu, on fait en sorte que cette cuisson n'affecte pas la partie centrale devant rester libre. La structure de la sous-couche d'accrochage 12 est toutefois identique à la précédente et formée par une armature de fibres de verre ou de tout autre renfort à fibres longues comportant un pli sec ou plusieurs plis pré-imprégnés de tissus de fibres longues à deux dimensions qui seront toutefois cocuits avec et non plus collés sur le support structural.
Claims (10)
1. Partie annulaire de stator de turbomachine comportant un support structural (10) muni successivement d'une sous-couche d'accrochage (12) et d'un revêtement abradable (14) formé par une résine chargée de microbilles, caractérisée en ce que ladite sous-couche d'accrochage assurant la fixation dudit revêtement abradable sur ledit support structural est formée par une armature fibreuse à fibres longues dont seule une partie périphérique (12A, 12B) est solidarisée par collage ou cocuisson avec ledit support structural.
2. Partie annulaire de stator de turbomachine selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite armature fibreuse comporte un ou plusieurs plis juxtaposés de tissus de fibres longues à deux dimensions.
3. Partie annulaire de stator de turbomachine selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite armature fibreuse comporte un pli non imprégné d'un tissu 2D de fibres de verre ou de tout autre renfort à fibres longues.
4. Partie annulaire de stator de turbomachine selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite armature fibreuse comporte plusieurs plis pré-imprégnés au moins en partie à leur périphérie de tissus 2D de fibres de verre ou de tout autre renfort à fibres longues.
5. Partie annulaire de stator de turbomachine selon la revendication 1, caractérisée en ce que lorsque ledit support structural est à base d'alliage métallique, ladite partie périphérique est collée avec ledit support structural au moyen d'une résine époxyde.
6. Partie annulaire de stator de turbomachine selon la revendication 1, caractérisée en ce que lorsque ledit support structural est à base de matériau composite, ladite partie périphérique est cocuite avec ledit support structural lors de l'élaboration dudit support structural.
7. Partie annulaire de stator de turbomachine selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite résine chargée de microbilles est une résine de silicone ou époxyde.
8. Partie annulaire de stator de turbomachine selon la revendication 7, caractérisée en ce que lesdites microbilles sont des billes creuses de verre ou d'un matériau réfractaire.
9. Partie annulaire de stator de turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que ladite fixation dudit revêtement abradable sur ledit support structural comporte un dépôt par projection thermique, injection, moulage ou encore spatulage, de façon à imprégner ladite armature fibreuse et ledit support structural.
10. Stator de turbomachine comportant une partie annulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.
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