EP2287445A1 - Tambour de rotor de compresseur axial avec voile composite - Google Patents

Tambour de rotor de compresseur axial avec voile composite Download PDF

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EP2287445A1
EP2287445A1 EP09165612A EP09165612A EP2287445A1 EP 2287445 A1 EP2287445 A1 EP 2287445A1 EP 09165612 A EP09165612 A EP 09165612A EP 09165612 A EP09165612 A EP 09165612A EP 2287445 A1 EP2287445 A1 EP 2287445A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
section
drum
composite material
rotor
sections
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09165612A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
André Lhoest
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Aero Boosters SA
Original Assignee
Techspace Aero SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Techspace Aero SA filed Critical Techspace Aero SA
Priority to EP09165612A priority Critical patent/EP2287445A1/fr
Priority to CA2708982A priority patent/CA2708982A1/fr
Priority to US12/837,250 priority patent/US20110014041A1/en
Publication of EP2287445A1 publication Critical patent/EP2287445A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/06—Rotors for more than one axial stage, e.g. of drum or multiple disc type; Details thereof, e.g. shafts, shaft connections
    • F01D5/066—Connecting means for joining rotor-discs or rotor-elements together, e.g. by a central bolt, by clamps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
    • F05D2300/603—Composites; e.g. fibre-reinforced
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49316—Impeller making
    • Y10T29/4932—Turbomachine making
    • Y10T29/49321—Assembling individual fluid flow interacting members, e.g., blades, vanes, buckets, on rotary support member

Definitions

  • the invention relates to an axial turbomachine rotor drum, more particularly to an axial compressor drum.
  • An axial turbomachine compressor usually comprises several compression stages and thus several rows of vanes, these rows being spaced apart axially from each other in order to provide annular spaces for the rectifier gratings.
  • the rotor usually comprises a drum and rows of blades attached to the drum.
  • the drum thus provides two main functions, namely to maintain the vanes fixed relative to each other and put them in motion.
  • Blade retaining requires increased drum strength, particularly because of the high centrifugal forces generated by the blade mass and the high rotational speeds, while the guidance of the fluid vein further requires an aerodynamically optimized surface. and sealing means with the rectifier stages.
  • FIG. 1 is a sectional view showing a blank 1 of metal material, typically titanium, to be machined to achieve the finished drum.
  • the drum has a generally ogival shape and comprises three grooves 4, 6 and 8 for receiving three rows of vanes forming with the vanes of the rectifier grids (not shown) three compression stages.
  • the drum comprises an upstream flange at the level of the axis of rotation and symmetry intended to be fixed to an input rotor blade commonly called “fan", it also comprises a sealing flange 3 intended to cooperate with the abradable from the stator to prevent a leak upstream of the fluid vein displaced and compressed by the "fan". It also has ribs commonly called ribs on either side of each groove 4, 6 and 8 rows of blades. These lugs are intended to cooperate sealingly with the inner ferrules of the stators (not shown).
  • a stiffener 9 is provided on the inner face of the drum near the last groove 8.
  • the general geometry of the drum is such that a major part, typically of the order of 80%, of the raw material 1 must be removed by machining in order to obtain the illustrated drum 2.
  • the production of the drum thus implies a material cost and a very high machining cost.
  • the machining in the hollow of the drum is difficult because of its length and the difficulty of access to the inner face of the drum.
  • the document GB 1,272,200 discloses a drum consisting of several sections along the axis of rotation, wherein each section has a groove for receiving a row of blades and a sail section adjacent to the groove. These different sections are assembled and welded together to form the complete drum.
  • the sail sections are reinforced by the application of fibers and an epoxy resin in a recess of their outer surfaces provided for this purpose. These strips of composite material are intended to reinforce the drum with respect to the centrifugal forces, in particular those generated at the rotor blades.
  • This design requires multiple operations such as the application of the composite material, the assembly of the sections together and their welding, so that the cost of producing the drum is still quite high.
  • the object of the present invention is to provide a drum and a method of construction of such a drum overcomes at least one of the aforementioned disadvantages.
  • the invention consists of an axial turbomachine rotor drum, the drum comprising a generally symmetrical wall in revolution with respect to an axis longitudinal, said wall comprising, along said longitudinal axis: a first section; a second section; a third section adjacent to the first and second sections and forming a connecting web of the first section with the second section; where the third section consists of composite material and is bonded to the first and / or second section by molding said composite material on one end of the first and / or second section.
  • This construction has several advantages. Indeed, it allows the sections to be machined from raw as they require the removal of less material in comparison with the machining of the drum in one piece from a single raw. In addition, splitting the drum into sections reduces the financial losses associated with machining scrap. Indeed, the fact of discarding a section obviously represents a financial loss significantly lower than that would cause the scrapping of the complete drum. Machining metal sections is easier and therefore faster and less expensive.
  • the accessibility of the machining point of view provides a certain freedom in the choice of the shape of a stiffener. This can be optimized from a functional point of view and no longer depending on the machining and the obtaining of the stock.
  • the composite material is implemented where the stresses are the weakest, resulting in a general optimization from the weight point of view while enjoying the advantages mentioned above. This construction also opens up new possibilities for repairing a drum.
  • the first and / or second section is adapted to receive a row of blades, preferably the first and / or second section comprises a cavity in the form of a circular groove for receiving the blade roots. .
  • the cavity of the first section has a section tapering towards the outside of the cavity so as to allow attachment by mechanical interlocking of the blade roots.
  • the end of the first and / or second section in contact with the composite material of the third section has a shape capable of promoting the connection between the two sections.
  • the end of the first and / or second section in contact with the composite material of the third section has a section in a longitudinal plane shaped dovetail.
  • the third section has a generally constant thickness between the connection zones with the first and second sections.
  • the composite material of the third section covers the end of the first and / or second section on its outer surface and on its inner surface.
  • the third section comprises at least one so-called rib rib on its outer surface, the lip being intended to cooperate with a ring of abradable material of a rectifier gate to ensure a seal.
  • the first and / or second section is made of metallic material, preferably titanium.
  • the method comprises the use of a device for steps c) and d).
  • the device comprises molding means of the third section.
  • the device comprises counter-molding means of the third section.
  • step d) comprises applying the composite material to an outer and / or inner surface of the end of the first and / or second section.
  • step d) comprises producing a rib on the outer surface of the third section intended to cooperate with a ring made of abradable material of a rectifying gate in order to ensure a seal.
  • the drum 12 illustrated at figure 2 is an exemplary embodiment of the invention. It consists of a series of metal sections along the longitudinal axis which is also the axis of rotation of the drum, these sections having generally mechanical functions and being interconnected by sections of sail made of composite material.
  • the drum 12 has a general shape of ogive. It comprises a fastening flange 20 at its upstream end. This flange is intended to fix it to the blisk or "fan" upstream of the compressor.
  • the drum also comprises a section 22, with an upstream sealing flange 13. The flange is intended to cooperate sealingly with a fixed element of the stator (not shown) to prevent upstream leakage of the fluid vein after compression operated by the "fan”.
  • the drum also comprises three sections 24, 27 and 30 each having a groove or groove 14, 16 and 18, respectively, for receiving the blade roots. These different metal sections 20, 22, 24, 27 and 30 are interconnected by sections of the web of the drum 21, 23, 26 and 29 of material composite. It follows from this construction that the sections or sections of the drum subjected to greater mechanical forces are made of metal material in a conventional manner and that the sections or sections forming the web of the drum and thereby being subjected to significantly lower mechanical forces are made of composite material.
  • the ends of the metal material sections 20, 22, 24, 27 and 30 intended to be connected to a section of composite material have a section in a dovetail-shaped longitudinal plane in order to ensure a positive contact connection with the composite section to which they are connected.
  • the composite material covers the upper and lower faces of the dovetail end.
  • connection between the composite sections and the metal sections illustrated in figure 2 is purely illustrative. Indeed, many variants are possible.
  • the mechanical connection is typically provided by a cohesion between the composite material and the contact surface of the metallic material.
  • the connection may also be reinforced by a retentive form of the metal part, that is to say able to ensure a positive contact with the composite material.
  • the material of the metal sections is typically titanium for reasons of weight. Other materials or shades known to those skilled in the art are of course conceivable.
  • the composite material of the sections forming the web typically comprises reinforcing fibers and a matrix-forming resin and ensuring the cohesion of the fibers.
  • the fibers may be fibers of glass, carbon, aramid (Kevlar®), boron, silica or high modulus polyethylene. They are applied as plain or multidirectional sheets.
  • the resin is typically a thermosetting resin of the unsaturated polyester, phenolic, epoxy, polyurethane, polyimide, or other type.
  • the assembly of the different sections for the production of the finished drum comprises the use of a device (not shown) for positioning the preformed sections with respect to others fairly precisely.
  • This device also serves as a mold for the application of the composite materials constituting the connecting sections.
  • the device may comprise inner or outer mold sections on which the reinforcing plies are deposited and the resin is applied manually (contact molding).
  • the materials can be applied by simultaneous spraying of the resin and fibers.
  • the device comprises a mold and a counter-mold, the reinforcing plies being arranged in the gap of the mold. This allows the injection of liquid resin between the mold and against the mold through the reinforcement until complete filling of the cavity.
  • the mold After curing the resin, the mold is opened and the part is demolded.
  • Other methods known to those skilled in the art can be envisaged, such as, for example, press molding or compound injection molding (molded mass made of resin, fillers and various additives, reinforced by glass threads cut).
  • the sail sections 26 and 29 comprise lugs 15 and 17, respectively, molded directly with the sections.
  • the lugs are thin circular ribs directed towards the outside of the drum. They are intended to cooperate by friction sealingly with the inner surface of a ring of friable material commonly referred to as "abradable" mounted on an inner ring of a blade grid for straightening the flow of compressed air and accelerated by the rotation of the row of rotor blades directly upstream.
  • these lugs do not necessarily have to come from material with the veil of the section. Indeed, they can be made in another material, more conventionally made of metallic material, and then be taken in the composite material.
  • the metal sections more particularly those which are subjected to significant centrifugal forces, in particular by the presence of blades, can be equipped on their inner faces with reinforcements 25, 28 and 31 machined or forged directly in the mass.
  • the machining of such reinforcements is made much easier and therefore less expensive by the construction section of the drum.
  • the presence of these reinforcements may result in a gain in material that otherwise would have to be distributed over the thickness of the section so as to have a stiffness and resistance equivalent to the centrifugal forces exerted.
  • a section along the longitudinal axis of an axial turbomachine rotor drum comprising a generally symmetrical wall in revolution with respect to a longitudinal axis, the section being intended to receive a row of blades and comprising an edge along the longitudinal axis whose section in a longitudinal plane is of shape, preferably dovetail, capable of providing a positive contact connection along the longitudinal axis with a composite material member molded on said edge.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

L'invention a trait à un tambour (12) de rotor de compresseur axial avec un voile en matériau composite. Le tambour (12) comprend une bride amont (20) de fixation du fan, un tronçon (22) avec un flasque d'étanchéité amont (13), un tronçon (24) avec une rainure (14) destinée à recevoir les pieds d'une première rangée d'aubes, un tronçon (27) avec une rainure (16) destinée à recevoir les pieds d'une deuxième rangée d'aubes et un tronçon (30) avec une rainure (18) destinée à recevoir les pieds d'une troisième rangée d'aubes. Ces tronçons ou éléments sont en matériau métallique traditionnel essentiellement pour des raisons de résistance mécanique aux efforts centrifuges. Ils sont reliés entre eux par des tronçons de voile (21, 23, 26, 29) en matériau composite. Les extrémités des tronçons métalliques ont une section dans un plan longitudinal en forme de queue d'aronde apte à assurer une liaison à contact positif avec le matériau composite.

Description

    TAMBOUR DE ROTOR DE COMPRESSEUR AXIAL AVEC VOILE COMPOSITE
  • L'invention a trait à un tambour de rotor de turbomachine axiale, plus particulièrement à un tambour de compresseur axial.
  • Un compresseur de turbomachine axiale comprend habituellement plusieurs étages de compression et donc plusieurs rangées d'aubes, ces rangées étant espacées axialement les unes des autres afin de ménager des espaces annulaires pour les grilles redresseur. Le rotor comprend habituellement un tambour et les rangées d'aubes fixées au tambour. Le tambour assure ainsi deux fonctions principales, à savoir de maintenir les aubes fixes les unes par rapport aux autres et de les mettre en mouvement. La retenue des aubes requiert une résistance accrue du tambour en particulier en raison des forces centrifuges élevées générées par la masse des aubes et les vitesses de rotation élevées alors que le guidage de la veine fluide requiert davantage une surface optimisée d'un point de vue aérodynamique et des moyens d'étanchéité avec les étages redresseur.
  • La présence de plusieurs étages (typiquement 3 ou 4) rend le tambour assez long. L'usinage en est rendu particulièrement difficile et coûteux comme cela est illustré à la figure 1. La figure 1 est une vue en coupe montrant un brut 1 en matériau métallique, typiquement en titane, destiné à être usiné en vue de réaliser le tambour fini. Le tambour a une forme générale d'ogive et comporte trois rainures 4, 6 et 8 destinées à recevoir trois rangées d'aubes formant avec les aubes des grilles redresseur (non représentées) trois étages de compression. Le tambour comprend une bride amont au niveau de l'axe de rotation et de symétrie destinée à être fixée à un aubage rotorique d'entrée communément dénommé « fan », il comporte également un flasque d'étanchéité 3 destiné à coopérer avec de l'abradable du stator afin d'éviter une fuite vers l'amont de la veine fluide déplacée et comprimée par le « fan ». Il comporte également des nervures communément appellées lèchettes de part et d'autre de chaque rainure 4, 6 et 8 de rangée d'aubes. Ces lèchettes sont destinées à coopérer de manière étanche avec les viroles intérieures des stators (non représenté). Un raidisseur 9 est prévu sur la face intérieure du tambour à proximité de la dernière rainure 8. On constate que la géométrie générale du tambour est telle qu'une majeure partie, typiquement de l'ordre de 80 %, de la matière du brut 1 doit être enlevée par usinage afin d'obtenir le tambour 2 illustré. La réalisation du tambour implique ainsi un coût matière et un coût d'usinage très élevé. De plus l'usinage dans le creux du tambour est difficile de par sa longueur et la difficulté d'accès à la face intérieure du tambour.
  • Différentes constructions de tambour de rotor de turbomachine axiale en plusieurs éléments sont connues de l'état de l'art.
  • Le document GB 1 272 200 divulgue un tambour constitué de plusieurs tronçons selon l'axe de rotation, où chaque tronçon comporte une gorge destinée à recevoir une rangée d'aubes et une section de voile adjacente à la gorge. Ces différents tronçons sont assemblés et soudés ensemble afin de constituer le tambour complet. Les sections de voile sont renforcées par l'application de fibres et d'une résine époxy dans un renfoncement de leurs surfaces extérieures prévu à cet effet. Ces bandes de matériau composite ont pour objectif de renforcer le tambour par rapport aux efforts centrifuges, en particulier ceux générés au niveau des aubes rotoriques. Ce design requiert cependant de multiples opérations telles que l'application du matériau composite, l'assemblage des tronçons entre eux et leur soudage, si bien que le coût de réalisation du tambour reste encore assez élevé.
  • Les documents US 2007/0231144 A1 et EP 1 406 019 A1 divulguent des enseignements similaires à celui du document précédent.
  • Le document US 5,632,600 divulgue un principe de construction d'un rotor de turbomachine axiale où le rotor est constitué d'une série de disques portant les rangées d'aubes. Les disques sont assemblés et fixés les uns aux autres par une liaison mécanique telle que la mise en contact de dentures correspondantes et par l'application d'une bande de matériau composite sur la liaison mécanique. Cette construction massive typique d'un rotor à disques ne convient pas à la construction d'un tambour tel que décrit et illustré à la figure 1, en particulier en raison de l'épaisseur et de la forme de la bande en matériau composite.
  • L'objectif de la présente invention est de proposer un tambour et un procédé de construction d'un tel tambour palliant au moins un des inconvénients sus mentionnés.
  • L'invention consiste en un tambour de rotor de turbomachine axiale, le tambour comprenant une paroi généralement symétrique en révolution par rapport à un axe longitudinal, ladite paroi comprenant, selon ledit axe longitudinal : un premier tronçon; un deuxième tronçon ; un troisième tronçon adjacent aux premier et deuxième tronçons et formant un voile de liaison du premier tronçon avec le deuxième tronçon ; où le troisième tronçon est constitué de matériau composite et est lié au premier et/ou deuxième tronçon par moulage dudit matériau composite sur une extrémité du premier et/ou deuxième tronçon.
  • Cette construction présente plusieurs avantages. En effet, elle permet de réaliser les tronçons à usiner à partir de bruts tels qu'ils nécessitent l'enlèvement de moins de matière en comparaison avec l'usinage du tambour en seule pièce à partir d'un brut unique. De plus, le fractionnement du tambour en tronçons réduit les pertes financières liées aux rebuts d'usinage. En effet, le fait de mettre au rebut un tronçon représente évidemment une perte financière sensiblement plus faible que celle qu'occasionnerait la mise au rebut du tambour complet. L'usinage des tronçons métallique est plus aisé et donc plus rapide et moins coûteux. L'accessibilité du point de vue usinage procure une certaine liberté au niveau du choix de la forme d'un raidisseur. Celui-ci peut être optimisé d'un point de vue fonctionnel et non plus en fonction de l'usinage et de l'obtention du brut. Le matériau composite est mis en oeuvre là où les contraintes sont les plus faibles, il en résulte une optimisation générale du point de vue poids tout en jouissant des avantages sus mentionnés. Cette construction ouvre également de nouvelles possibilités de réparation d'un tambour.
  • Selon un mode avantageux de l'invention, le premier et/ou deuxième tronçon est apte à recevoir une rangée d'aubes, préférentiellement le premier et/ou deuxième tronçon comprend une cavité en forme de rainure circulaire destinée à recevoir les pieds d'aubes.
  • Selon un mode avantageux de l'invention, la cavité du premier tronçon présente une section se rétrécissant vers l'extérieur de la cavité de sorte à permettre une fixation par emboîtement mécanique des pieds d'aube.
  • Selon un mode avantageux de l'invention, l'extrémité du premier et/ou du deuxième tronçon en contact avec le matériau composite du troisième tronçon présente une forme apte à favoriser la liaison entre les deux tronçons.
  • Selon un mode avantageux de l'invention, l'extrémité du premier et/ou du deuxième tronçon en contact avec le matériau composite du troisième tronçon présente une section dans un plan longitudinal en forme de queue d'aronde.
  • Selon un mode avantageux de l'invention, le troisième tronçon présente une épaisseur généralement constante entre les zones de liaison avec les premier et deuxième tronçons.
  • Selon un mode avantageux de l'invention, le matériau composite du troisième tronçon recouvre l'extrémité du premier et/ou du deuxième tronçon sur sa surface extérieure et sur sa surface intérieure.
  • Selon un mode avantageux de l'invention, le troisième tronçon comporte au moins une nervure dite lèchette sur sa surface extérieure, la lèchette étant destinée à coopérer avec un anneau en matériau abradable d'une grille redresseur en vue d'assurer une étanchéité.
  • Selon un mode avantageux de l'invention, le premier et/ou deuxième tronçon est en matériau métallique, préférentiellement du titane.
  • L'invention consiste également en un procédé de fabrication d'un tambour de rotor d'une turbomachine axiale, le tambour comprenant une paroi généralement symétrique en révolution par rapport à un axe longitudinal, le procédé comprenant les étapes suivantes :
    1. a) préparation d'un premier tronçon;
    2. b) préparation d'un second tronçon distinct du premier tronçon ;
    3. c) mise en position du premier et du second tronçon ;
    4. d) réalisation d'un troisième tronçon en matériau composite formant un voile de liaison entre le premier tronçon et le deuxième tronçon.
  • Selon un mode avantageux de l'invention, le procédé comprend l'utilisation d'un dispositif servant aux étapes c) et d).
  • Selon un mode avantageux de l'invention, le dispositif comprend des moyens de moulage du troisième tronçon.
  • Selon un mode avantageux de l'invention, le dispositif comprend des moyens de contre moulage du troisième tronçon.
  • Selon un mode avantageux de l'invention, l'étape d) comprend l'application du matériau composite sur une surface extérieure et/ou intérieure de l'extrémité du premier et/ou deuxième tronçon.
  • Selon un mode avantageux de l'invention, l'étape d) comprend la réalisation d'une nervure sur la surface extérieure du troisième tronçon destinée à coopérer avec un anneau en matériau abradable d'une grille redresseur en vue d'assurer une étanchéité.
  • D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à l'aide de la description et des dessins parmi lesquels :
    • La figure 1 est une vue en coupe d'une moitié supérieure d'un tambour connu et d'un brut de matière métallique nécessaire à sa réalisation par usinage dudit brut.
    • La figure 2 est une vue en coupe d'une moitié supérieure d'un tambour conforme à l'invention, similaire à celui de la figure 1 mais partiellement composite.
  • Le tambour 12 illustré à la figure 2 est un exemple de réalisation de l'invention. Il est constitué d'une série de tronçons métalliques selon l'axe longitudinal qui est également l'axe de rotation du tambour, ces tronçons ayant généralement des fonctions mécaniques et étant reliés entre eux par des tronçons de voile en matériau composite.
  • Le tambour 12 présente une forme générale d'ogive. Il comprend une bride de fixation 20 à son extrémité amont. Cette bride est destinée à le fixer au disque aubagé ou « fan » tout en amont du compresseur. Le tambour comprend également un tronçon 22, avec un flasque d'étanchéité amont 13. Le flasque est destiné à coopérer de manière étanche avec un élément fixe du stator (non représenté) afin d'empêcher une fuite amont de la veine fluide après la compression opérée par le « fan ». Le tambour comprend également trois tronçons 24, 27 et 30 comportant chacun une rainure ou gorge 14, 16 et 18, respectivement, destinée à recevoir les pieds d'aube. Ces différents tronçons métalliques 20, 22, 24, 27 et 30 sont reliés entre eux par des tronçons de voile du tambour 21, 23, 26 et 29 en matériau composite. Il résulte de cette construction que les tronçons ou sections du tambour soumis à des efforts mécaniques plus importants sont réalisés en matériau métallique de manière conventionnelle et que les tronçons ou sections formant le voile du tambour et étant par là soumis à des efforts mécaniques sensiblement plus faibles sont réalisés en matériau composite.
  • Les extrémités des tronçons en matériau métallique 20, 22, 24, 27 et 30 destinées à être reliés à un tronçon en matériau composite présentent une section dans un plan longitudinal en forme de queue d'aronde afin d'assurer une liaison à contact positif avec le tronçon composite auquel ils sont reliés. Le matériau composite recouvre les faces supérieure et inférieure de l'extrémité en queue d'aronde.
  • La liaison entre les tronçons composite et les tronçons métalliques illustrée à la figure 2 est purement exemplative. En effet, de nombreuses variantes sont envisageables. La liaison mécanique est typiquement assurée par une cohésion entre le matériau composite et la surface de contact du matériau métallique. Tout comme dans l'exemple de liaison illustré à la figure 2, la liaison peut également être renforcée par une forme rétentive de la partie métallique, c'est-à-dire apte à assurer un contact positif avec le matériau composite. On pourrait par exemple envisager une section en L, en crochet ou toute autre forme à contact positif.
  • Le matériau des tronçons métalliques est typiquement du titane pour des raisons de poids. D'autres matériaux ou nuances connus de l'homme de métier sont bien sûr envisageables.
  • Le matériau composite des tronçons formant le voile comprend typiquement des fibres de renfort et une résine formant une matrice et assurant la cohésion des fibres. Les fibres peuvent être des fibres de verre, de carbone, d'aramide (Kevlar®), de bore, de silice ou de polyéthylène de haut module. Elles sont appliquées sous forme de nappes uni ou pluridirectionnelles. La résine est typiquement une résine thermodurcissable du type polyester insaturé, phénolique, époxyde, polyuréthane, polyimide, ou autre encore.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, l'assemblage des différents tronçons en vue de la réalisation du tambour fini comprend l'utilisation d'un dispositif (non représenté) servant à positionner les tronçons préformés les uns par rapport aux autres de manière assez précise. Ce dispositif sert également de moule pour l'application des matériaux composites constituant les tronçons de liaison. Par exemple, le dispositif peut comprendre des sections de moule intérieur ou extérieur sur lesquelles les nappes de renfort sont déposées et la résine est appliquée manuellement (moulage au contact). Alternativement, les matériaux peuvent être appliqués par projection simultanée de la résine et de fibres. Préférentiellement, le dispositif comprend un moule et un contre-moule, les nappes de renfort étant disposées dans l'entrefer du moule. Cela permet l'injection de résine liquide entre le moule et le contre-moule à travers le renfort jusqu'au remplissage complet de l'empreinte. Après durcissement de la résine, le moule est ouvert et la pièce est démoulée. D'autres méthodes connues de l'homme de l'art sont envisageables comme par exemple le moulage à la presse ou encore le moulage par injection de compound (masse à moulée constituée de résine, de charges et d'adjuvants divers, renforcée par des fils de verre coupés).
  • Les tronçons de voile 26 et 29 comportent des lèchettes 15 et 17, respectivement, moulées directement avec les tronçons. Les lèchettes sont des fines nervures circulaires dirigées vers l'extérieur du tambour. Elles sont destinées à coopérer par friction de manière étanche avec la surface intérieure d'un anneau de matériau friable désigné communément « abradable » monté sur une virole interne d'une grille d'aubes destinée à redresser le flux d'air comprimé et accéléré par la rotation de la rangée d'aubes rotoriques directement en amont.
  • Il est à noter que ces lèchettes ne doivent pas nécessairement être venues de matière avec le voile du tronçon. En effet, elles peuvent être faites dans un autre matériau, plus classiquement en matériau métallique, et être ensuite prises dans le matériau composite.
  • Les tronçons métalliques, plus particulièrement ceux qui sont soumis à des efforts centrifuges importants, notamment de par la présence d'aubes, peuvent être équipés sur leurs faces intérieures de renforts 25, 28 et 31 usinés ou forgés directement dans la masse. L'usinage de pareils renforts est rendu beaucoup plus aisé et donc moins coûteux de par la construction en tronçon du tambour. La présence de ces renforts peut résulter en un gain de matière qui sinon devait être répartie sur l'épaisseur du tronçon afin de présenter une raideur et une résistance équivalente aux efforts centrifuges exercés.
  • Il est à noter que toutes les parties de voile du tambour ne doivent pas nécessairement être réalisées en matériau composite. En effet, bien que l'exemple de la figure 2 montre un tronçon composite entre chaque paire de tronçons voisins susceptibles de reprendre des efforts importants, il est tout à fait envisageable de ne prévoir de tronçon composite qu'entre certains tronçons et à laisser un ou plusieurs voiles en matériau métallique classique, et ce en fonction de divers paramètres de dimensionnement comme par exemple le coût de réalisation et les capacités d'usinage disponibles. L'inverse est également applicable, à savoir que l'on pourrait imaginer de réaliser d'avantage d'éléments du tambour en composite en fonction de la faisabilité du point de vue moule et des contraintes de résistance mécanique.
  • Il est également divulgué un tronçon selon l'axe longitudinal d'un tambour de rotor de turbomachine axiale, le tambour comprenant une paroi généralement symétrique en révolution par rapport à un axe longitudinal, le tronçon étant destiné à recevoir une rangée d'aubes et comprenant un bord selon l'axe longitudinal dont la section dans un plan longitudinal est de forme, préférentiellement en queue d'aronde, apte à assurer une liaison à contact positif selon l'axe longitudinal avec un élément en matériau composite moulé sur ledit bord. Les différentes alternatives discutées dans la présente demande et en particulier en relation avec la figure 2 s'appliquent au tronçon seul tel que définit ci-avant.

Claims (15)

  1. Tambour de rotor de turbomachine axiale, le tambour (12) comprenant une paroi généralement symétrique en révolution par rapport à un axe longitudinal, ladite paroi comprenant, selon ledit axe longitudinal :
    un premier tronçon (20, 22, 24, 27, 30) ;
    un deuxième tronçon (20, 22, 24, 27, 30) ;
    un troisième tronçon (21, 23, 26, 29) adjacent aux premier et deuxième tronçons (20, 22, 24, 27, 30) et formant un voile de liaison du premier tronçon avec le deuxième tronçon ;
    caractérisé en ce que
    le troisième tronçon (21, 23, 26, 29) est constitué de matériau composite et est lié au premier et/ou deuxième tronçon par moulage dudit matériau composite sur une extrémité du premier et/ou deuxième tronçon.
  2. Tambour de rotor selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le premier et/ou deuxième tronçon (24, 27, 30) est apte à recevoir un rangée d'aubes, préférentiellement le premier et/ou deuxième tronçon (24, 27, 30) comprend une cavité (14, 16, 18) en forme de rainure circulaire destinée à recevoir les pieds d'aubes.
  3. Tambour de rotor selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la cavité (14, 16, 18) du premier tronçon (24, 27, 30) présente une section se rétrécissant vers l'extérieur de la cavité de sorte à permettre une fixation par emboîtement mécanique des pieds d'aube.
  4. Tambour de rotor selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'extrémité du premier et/ou du deuxième tronçon (20, 22, 24, 27, 30) en contact avec le matériau composite du troisième tronçon (21, 23, 26, 29) présente une forme apte à favoriser la liaison entre les deux tronçons.
  5. Tambour de rotor selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'extrémité du premier et/ou du deuxième tronçon (20, 22, 24, 27, 30) en contact avec le matériau composite du troisième tronçon (21, 23, 26, 29) présente une section dans un plan longitudinal en forme de queue d'aronde.
  6. Tambour de rotor selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le troisième tronçon (21, 23, 26, 29) présente une épaisseur généralement constante entre les zones de liaison avec les premier et deuxième tronçons (20, 22, 24, 27, 30).
  7. Tambour de rotor selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau composite du troisième tronçon (21, 23, 26, 29) recouvre l'extrémité du premier et/ou du deuxième tronçon (20, 22, 24, 27, 30) sur sa surface extérieure et sur sa surface intérieure.
  8. Tambour de rotor selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le troisième tronçon (26, 29) comporte au moins une nervure dite lèchette (15, 17) sur sa surface extérieure, la lèchette étant destinée à coopérer avec un anneau en matériau abradable d'une grille redresseur en vue d'assurer une étanchéité.
  9. Tambour de rotor selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier et/ou deuxième tronçon (20, 22, 24, 27, 30) est en matériau métallique, préférentiellement en titane.
  10. Procédé de fabrication d'un tambour de rotor d'une turbomachine axiale, le tambour (12) comprenant une paroi généralement symétrique en révolution par rapport à un axe longitudinal, le procédé comprenant les étapes suivantes :
    a) préparation d'un premier tronçon (20, 22, 24, 27, 30) ;
    b) préparation d'un second tronçon (20, 22, 24, 27, 30) distinct du premier tronçon (20, 22, 24, 27, 30) ;
    c) mise en position du premier et du second tronçon (20, 22, 24, 27, 30) ;
    d) réalisation d'un troisième tronçon (21, 23, 26, 29) en matériau composite formant un voile de liaison entre le premier tronçon et le deuxième tronçon (20, 22, 24, 27, 30).
  11. Procédé de fabrication d'un tambour selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend l'utilisation d'un dispositif servant aux étapes c) et d).
  12. Procédé de fabrication d'un tambour selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le dispositif comprend des moyens de moulage du troisième tronçon (21, 23, 26, 29).
  13. Procédé de fabrication d'un tambour selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le dispositif comprend des moyens de contre moulage du troisième tronçon (21, 23, 26, 29).
  14. Procédé de fabrication d'un tambour selon l'une des revendications 10 et 11, caractérisé en ce que l'étape d) comprend l'application du matériau composite sur une surface extérieure et/ou intérieure de l'extrémité du premier et/ou deuxième tronçon (20, 22, 24, 27, 30).
  15. Procédé de fabrication d'un tambour selon l'une des revendications 10 et 11, caractérisé en ce que l'étape d) comprend la réalisation d'une nervure (15, 17) sur la surface extérieure du troisième tronçon (21, 23, 26, 29) destinée à coopérer avec un anneau en matériau abradable d'une grille redresseur en vue d'assurer une étanchéité.
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