EP2264284A1 - Procédé de fabrication d'aubes integrées dans une virole et redresseur obtenu selon le procédé - Google Patents

Procédé de fabrication d'aubes integrées dans une virole et redresseur obtenu selon le procédé Download PDF

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EP2264284A1 EP09163148A EP09163148A EP2264284A1 EP 2264284 A1 EP2264284 A1 EP 2264284A1 EP 09163148 A EP09163148 A EP 09163148A EP 09163148 A EP09163148 A EP 09163148A EP 2264284 A1 EP2264284 A1 EP 2264284A1
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    • Y10T29/49323—Assembling fluid flow directing devices, e.g., stators, diaphragms, nozzles

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a rectifier in a turbomachine.
  • It relates more particularly to a method of manufacturing composite outer rings with integrated vanes.
  • Axial compressors are well known per se and are used inter alia in turbomachines.
  • These low or high pressure compressors comprise several stages of rotating blades which are separated by rectifier stages which are intended to reposition the velocity vector of the fluid leaving the preceding stage before sending it to the next stage.
  • rectifier stages consist essentially of fixed vanes, also called stator vanes, connecting an outer ferrule to an inner ferrule, both concentric and delimiting the air flow zone or aerodynamic vein.
  • stator vanes also called stator vanes
  • the stator vanes generally include a platform which is attached to the outer shell by riveting, welding, bolting, gluing, etc.
  • Examples of rivet assembly ( US 6,543,995 A ) and bolts ( EP 1 936 121 A ) are respectively illustrated Figures 2a and 2b .
  • Assembly by rivets, bolts, etc. has the disadvantage of requiring the drilling of openings in the ferrule for the passage of the fasteners, which causes a reduction in the structural strength of the ferrule.
  • Welding assembly (eg by electron beam or laser beam) also has drawbacks. It is known that welding generates, in the thermally affected zone (ZAT), a degradation of the mechanical properties. It is therefore necessary to avoid placing in these weakened zones any element generating stress concentrations. In the particular case of a low-pressure compressor (or booster), it is necessary to avoid placing in these zones the assembly flanges of the outer rings (cf. fig.1 and fig.2b ). Practically, it is therefore necessary to move the flanges away from these zones, resulting in an extension of the length of the low pressure compressor.
  • ZAT thermally affected zone
  • the present invention aims to provide a solution that makes it possible to overcome the disadvantages of the state of the art.
  • the present invention aims in particular to achieve an assembly between blades and ferrules not weakening the mechanical strength of the ferrule.
  • the present invention also relates to a turbomachine rectifier obtained by means of the method as described above.
  • the figure 1 represents a sectional view of a portion of a turbomachine compressor.
  • FIGS. 2a and 2b respectively represent a three-dimensional view and a sectional view of examples of assembly between stator blades and outer ring according to the state of the art.
  • the figure 3 represents a three-dimensional view of the insertion of the stator vanes during the draping of the outer ferrule according to the invention.
  • the figure 4 represents a sectional view corresponding to the assembly of the figure 3 .
  • the present invention relates to a method of manufacturing a turbomachine rectifier and, more particularly, to a method of manufacturing a composite outer shell with integrated vanes.
  • the outer shell is obtained by the draping method and the blades or blade preforms are inserted during the layup between the folds.
  • the method according to the invention comprises at least six steps (see fig.3 and fig.4 ).
  • a first step a) consists of draping the first folds 7 on a core having openings and having the shape of the aerodynamic vein (not shown).
  • the first folds are incised according to an incision 8 placed opposite the opening of the core.
  • the first folds 7 may also be pre-incised, in which case step b) is absent.
  • the plies may consist of carbon fiber fabric.
  • the blades and, more particularly, the blades 12 of blades are inserted through the incisions 8 of the first plies 7 and openings of the core in the direction of the arrow represented in FIG. figure 4 .
  • the incisions and openings are spaced so as to arrange side by side, that is to say in a contiguous manner, the platforms as illustrated by the dotted lines in the figure 3 .
  • the blades may be dry preforms intended later to be injected by a resin, or composite blades or metal blades.
  • the last plies 10 are draped over the blade platforms 9 for complete the preform of the rectifier.
  • a resin is injected into a closed mold containing the preform and the impregnated preform is polymerized.
  • the inserted blade is a dry preform, the latter is also injected by the resin.
  • a final step f) then consists in opening the mold and demolding the rectifier thus produced.

Abstract

La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un redresseur de turbomachine comportant une virole extérieure (5) et une pluralité d'aubes statoriques (2), lesdites aubes comportant une plate-forme (9) et une pale (12), caractérisé en ce que ledit procédé comporte au moins les étapes suivantes : a) on drape des premiers plis (7) sur un noyau comportant des ajours et ayant la forme de la veine aérodynamique ; b) on incise les premiers plis (7) selon des incisions (8) placées en regard des ajours du noyau ; c) on insère les pales (12) des aubes ou, alternativement, les pales (12) des préformes d'aubes, à travers les incisions (8) des premiers plis (7) et les ajours du noyau ; d) on drape des derniers plis (10) au-dessus des plate-formes (9) formant ainsi une préforme de redresseur ; e) on injecte une résine dans un moule fermé contenant la préforme et on polymérise la préforme imprégnée de résine ; f) on sort du moule une pièce moulée présentant sensiblement la forme et les dimensions dudit redresseur.

Description

    Objet de l'invention
  • La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un redresseur dans une turbomachine.
  • Elle se rapporte plus particulièrement à un procédé de fabrication de viroles extérieures composites avec aubes intégrées.
  • Elle se rapporte également au redresseur obtenu selon le procédé.
    • Etat de la technique
  • Les compresseurs axiaux sont bien connus en soi et sont utilisés entre autres dans les turbomachines.
  • Ces compresseurs basse ou haute pression comportent plusieurs étages d'aubes tournantes qui sont séparés par des étages redresseurs qui ont pour but de repositionner le vecteur vitesse du fluide sortant de l'étage précédent avant de l'envoyer vers l'étage suivant.
  • Ces étages redresseurs sont constitués essentiellement d'aubes fixes, encore appelées aubes statoriques, reliant une virole extérieure à une virole intérieure, toutes deux concentriques et délimitant la zone d'écoulement d'air ou veine aérodynamique. A titre explicatif, la figure 1 montre une coupe d'une partie d'un compresseur de turbomachine où l'on peut voir les aubes statoriques fixées aux viroles intérieures et extérieures (cf. légende).
  • Les aubes statoriques comportent généralement une plate-forme qui est fixée à la virole extérieure par rivetage, soudage, boulonnage, collage, etc. Des exemples d'assemblage par rivets ( US 6,543,995 A ) et boulons ( EP 1 936 121 A ) sont respectivement illustrés aux figures 2a et 2b.
  • L'assemblage par rivets, boulons, etc. a pour inconvénient de nécessiter le perçage d'ouvertures dans la virole pour le passage des éléments de fixation, ce qui entraine une diminution de la résistance structurelle de la virole.
  • L'assemblage par soudage (par ex. par faisceau d'électrons ou par faisceau laser) présente également des inconvénients. Il est connu que le soudage engendre, dans la zone affectée thermiquement (ZAT), une dégradation des propriétés mécaniques. Il faut en conséquence éviter de placer dans ces zones fragilisées tout élément engendrant des concentrations de contraintes. Dans le cas particulier d'un compresseur basse pression (ou booster), il faut éviter de placer dans ces zones les brides d'assemblage des viroles extérieures (cf.1 dans fig.1 et fig.2b). Pratiquement, il est donc nécessaire d'éloigner les brides de ces zones, il en résulte un allongement de la longueur du compresseur basse pression.
    • Buts de l'invention
  • La présente invention vise à fournir une solution qui permette de s'affranchir des inconvénients de l'état de la technique.
  • La présente invention vise en particulier à réaliser un assemblage entre aubes et viroles n'affaiblissant pas la résistance mécanique de la virole.
    • Principaux éléments caractéristiques de l'invention
  • La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un redresseur de turbomachine comportant une virole extérieure et une pluralité d'aubes statoriques, lesdites aubes comportant une plate-forme et une pale, caractérisé en ce que ledit procédé comporte au moins les étapes suivantes :
    1. a) on drape des premiers plis sur un noyau comportant des ajours et ayant la forme de la veine aérodynamique ;
    2. b) optionnellement, on incise les premiers plis selon des incisions placées en regard des ajours du noyau ;
    3. c) on insère les pales des aubes ou, alternativement, les pales des préformes d'aubes, à travers les incisions des premiers plis et les ajours du noyau ;
    4. d) on drape des derniers plis au-dessus des plate-formes formant ainsi une préforme de redresseur ;
    5. e) on injecte une résine dans un moule fermé contenant la préforme et on polymérise la préforme imprégnée de résine ;
    6. f) on sort du moule une pièce moulée présentant sensiblement la forme et les dimensions dudit redresseur.
  • Selon des modes particuliers de l'invention, le procédé comporte au moins une ou une combinaison appropriée des caractéristiques suivantes :
    • les premiers plis sont pré-incisés, auquel cas, l'étape b) est absente ;
    • l'aube est en matériau composite ou métallique ;
    • la préforme d'aube est également injectée par la résine dans l'étape e) ;
    • on dispose côte à côte les plate-formes des aubes dans l'étape c) ;
    • les premiers et derniers plis comprennent du tissu en fibres de carbone.
  • La présente invention se rapporte également à un redresseur de turbomachine obtenu au moyen du procédé tel que décrit ci-dessus.
    • Brève description des figures
  • La figure 1, déjà mentionnée, représente une vue en coupe d'une partie d'un compresseur de turbomachine.
  • Les figures 2a et 2b, déjà mentionnées, représentent respectivement une vue tridimensionnelle et une vue en coupe d'exemples d'assemblage entre aubes statoriques et virole extérieure selon l'état de l'art.
  • La figure 3 représente une vue tridimensionnelle de l'insertion des aubes statoriques lors du drapage de la virole extérieure selon l'invention.
  • La figure 4 représente une vue en coupe correspondant à l'assemblage de la figure 3.
    • Légende :
    1. (1) Bride d'assemblage entre viroles extérieures
    2. (2) Aubes fixes ou statoriques
    3. (3) Aubes rotoriques
    4. (4) Virole intérieure
    5. (5) Virole extérieure
    6. (6) Abradable
    7. (7) Premiers plis drapés
    8. (8) Incision dans les premiers plis
    9. (9) Plate-forme de l'aube statorique
    10. (10) Derniers plis drapés
    11. (11) Rayon de raccordement entre la pale et la plate-forme de l'aube statorique
    12. (12) Pale de l'aube statorique
    Description détaillée de l'invention
  • La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un redresseur de turbomachine et, plus particulièrement, un procédé de fabrication d'une virole extérieure composite avec aubes intégrées. Dans la présente invention, la virole extérieure est obtenue par la méthode de drapage et les aubes ou préformes d'aubes sont insérées lors du drapage entre les plis.
  • Le procédé selon l'invention comporte au moins six étapes (voir fig.3 et fig.4). Une première étape a) consiste à draper les premiers plis 7 sur un noyau comportant des ajours et ayant la forme de la veine aérodynamique (non représenté). Dans une seconde étape b), les premiers plis sont incisés selon une incision 8 placée en regard de l'ajour du noyau. Les premiers plis 7 peuvent également être pré-incisés, auquel cas, l'étape b) est absente. A titre d'exemple, les plis peuvent être constitués de tissu en fibres de carbone. Dans une troisième étape c), les aubes et, plus particulièrement, les pales 12 d'aubes sont insérées au travers des incisions 8 des premiers plis 7 et des ajours du noyau dans le sens de la flèche représentée à la figure 4. Selon la présente invention, les incisions et ajours sont espacés de façon à disposer côte à côte, c'est-à-dire de manière jointive, les plate-formes comme illustré par les pointillés dans la figure 3. Les aubes peuvent être des préformes sèches destinées ultérieurement à être injectées par une résine, ou bien des aubes composites ou encore des aubes métalliques. Ensuite, dans l'étape d), les derniers plis 10 sont drapés au-dessus des plate-formes 9 d'aubes pour compléter la préforme du redresseur. Dans l'étape e), une résine est injectée dans un moule fermé contenant la préforme et la préforme imprégnée est polymérisée. Dans le cas où l'aube insérée est une préforme sèche, cette dernière est également injectée par la résine. Une dernière étape f) consiste ensuite à ouvrir le moule et démouler le redresseur ainsi réalisé.
    • Avantages du procédé selon l'invention
    • La veine aérodynamique ne présente aucun défaut car une grande partie du rayon de raccordement pale/plate-forme 11 se trouve dans l'épaisseur de la virole ; cela permet de minimiser les perturbations au niveau aérodynamique.
    • Les plate-formes sont jointives entre elles pour assurer le calage angulaire ainsi qu'une meilleure tenue mécanique.
    • Le montage est simplifié car il n'y a pas besoin d'éléments de fixation tels que rivets, boulons, etc.
    • L'absence de soudure ne demande pas l'éloignement des brides de la zone d'assemblage plate-forme/virole et, par conséquent, permet de réduire la longueur du compresseur basse pression.
    • Le procédé selon l'invention permet la réalisation de viroles extérieures et aubes en composite ce qui engendre un gain de masse d'environ 13% par rapport à un assemblage soudé entre viroles extérieures et aubes réalisées respectivement en titane.

Claims (7)

  1. Procédé de fabrication d'un redresseur de turbomachine comportant une virole extérieure (5) et une pluralité d'aubes statoriques (2), lesdites aubes comportant une plate-forme (9) et une pale (12), caractérisé en ce que ledit procédé comporte au moins les étapes suivantes :
    a) on drape des premiers plis (7) sur un noyau comportant des ajours et ayant la forme de la veine aérodynamique ;
    b) optionnellement, on incise les premiers plis (7) selon des incisions (8) placées en regard des ajours du noyau ;
    c) on insère les pales (12) des aubes ou, alternativement, les pales (12) des préformes d'aubes, à travers les incisions (8) des premiers plis (7) et les ajours du noyau ;
    d) on drape des derniers plis (10) au-dessus des plate-formes (9) formant ainsi une préforme de redresseur ;
    e) on injecte une résine dans un moule fermé contenant la préforme et on polymérise la préforme imprégnée de résine ;
    f) on sort du moule une pièce moulée présentant sensiblement la forme et les dimensions dudit redresseur.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premiers plis (7) sont pré-incisés, auquel cas, l'étape b) est absente.
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'aube est en matériau composite ou métallique.
  4. Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que la préforme d'aube est également injectée par la résine dans l'étape e).
  5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'on dispose côte à côte les plate-formes (9) des aubes dans l'étape c).
  6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que, les premiers (7) et derniers plis (10) comprennent du tissu en fibres de carbone.
  7. Redresseur de turbomachine obtenu au moyen du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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