EP3004554A1 - Aube de disque de rotor avec retenue du pied par frottement, disque de rotor, turbomachine et procédé d'assemblage associé - Google Patents

Aube de disque de rotor avec retenue du pied par frottement, disque de rotor, turbomachine et procédé d'assemblage associé

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EP3004554A1
EP3004554A1 EP14731728.3A EP14731728A EP3004554A1 EP 3004554 A1 EP3004554 A1 EP 3004554A1 EP 14731728 A EP14731728 A EP 14731728A EP 3004554 A1 EP3004554 A1 EP 3004554A1
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EP
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blade
blade root
nut
screw
metal plates
Prior art date
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EP14731728.3A
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David Locatelli
Clément ROUSSILLE
Ivan HERRAIZ
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Safran Aircraft Engines SAS
Safran Ceramics SA
Original Assignee
SNECMA SAS
Herakles SA
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Publication date
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    • F05D2260/30—Retaining components in desired mutual position
    • F05D2260/37—Retaining components in desired mutual position by a press fit connection

Definitions

  • the present invention relates to the general field of turbomachine blades of composite material comprising a fiber reinforcement densified by a matrix.
  • the targeted field is that of the blades to be mounted on gas turbine rotor discs for aircraft engines or industrial turbines.
  • This type of dawn is originally from foundry and has a bulbous foot.
  • the raw foot is precisely machined to ensure an efficient mechanical interface with its housing in the rotor disc.
  • the blade root is made using an insert positioned in a debonding of the textile preform to form a bulbous portion at the portion of the blade corresponding to his foot .
  • the textile of the preform mechanically interacts with the insert and can lead in particular to textile shears, rotations of the insert, delimitations between the insert and the textile, etc.
  • the molding and densification of the part of the preform intended to form the blade root prove to be delicate, in particular because the tolerances on the profile of the bulbous foot are very small (on the order of tenth of a millimeter) and the requirements in terms of mechanical properties of this part of the dawn are important, the foot of the dawn concentrating the majority of efforts applied on the dawn.
  • the blade root corresponds to the part of the blade which concentrates most of the forces applied on the blade since it is intended to maintain the dawn in the disk vis- against centrifugal forces.
  • the forces applied by the centrifugal forces are essentially resumed at the composite material portion of the blade in contact with the pin when the friction forces between the metal plates and the flanks of the blade of composite material are insufficient to take up these efforts. There is then in this situation a risk of damage to the composite material, or breakage by matting thereof.
  • the present invention therefore has the main purpose of providing a composite material blade whose geometry of the foot can be achieved in an easy and reproducible manner while ensuring a reliable recovery of the forces applied on the blade root.
  • a rotor disk blade for a turbomachine made of composite material comprising a fibrous reinforcement obtained by multilayer weaving of yarns and densified by a matrix, the blade comprising a constituent part of blade and blade root forming a single piece, the blade root having two substantially opposite lateral side flanks which are formed in the respective extension of the intrados and extrados surfaces of the blade, the blade root being sandwiched between two metal plates fixed against the lateral flanks of the foot of the blade; dawn by a screw and a nut passing through the plates and the blade root,
  • the screw comprises a head bearing on one of the two plates and in that the nut comprises a head resting on the other plate, the screw and the nut applying on the metal plates a minimum clamping force adapted to ensure a recovery, by friction between the metal plates and the side flanks of the blade root, a determined centrifugal force applied to the blade.
  • the minimum clamping force is determined by dividing the centrifugal force determined by the coefficient of friction between the metal plates and the side flanks of blade root.
  • the screw and the nut comprises a conical shaped head while the plates have a corresponding chamfer to fully integrate the screw and nut in the plates.
  • each metal plate has on its face opposite to that in contact with the blade root at least one protruding portion, said portion having a shape capable of ensuring one or both following functions: anti-tilting and sealing.
  • the blade root comprises an oblong hole or sagging extending in the direction of the length of the blade for the passage of the screw and the nut.
  • the face of each plate facing the blade root has a structured surface so as to increase the friction between the plates and the blade root.
  • the face of each plate facing the blade root may include a straight or cross knurling oriented according to the direction of the centrifugal forces to which the blade is subjected.
  • the metal plates have a coefficient of thermal expansion less than the coefficient of thermal expansion of the screw and the nut. The clamping force is thus maintained during the rise in temperature.
  • the metal plates, the screw and the nut have thermal expansion coefficients that evolve similarly over all or part of a temperature range between 0 ° C. and 800 ° C. ° C, which allows to better control the maintenance of the tightening throughout the temperature range.
  • the invention also relates to a turbomachine rotor disk comprising at its outer periphery a plurality of substantially axial metal cells and a plurality of blades as defined above, each blade being mounted by its foot in a cavity of the disk.
  • the invention also relates to a turbomachine comprising at least one such rotor disk.
  • the invention also relates to a method of assembling plates on a blade root, said blade being made of composite material comprising a fibrous reinforcement obtained by multilayer weaving son and densified by a matrix, the blade comprising a portion constituting blade and blade root forming a single piece, the blade root having two substantially flat opposite side flanks which are formed in the respective extension of the intrados surfaces and extrados of the blade, the blade root being sandwiched between two metal plates fixed against the lateral flanks of the blade root by a screw and a nut passing through the plates and the blade root,
  • the screw comprises a head resting on one of the two plates, the nut comprising a head resting on the other plate, and in that it is applied to the metal plates when the screw is tightened with the nut a minimum clamping force adapted to ensure a recovery, by friction between the metal plates and the side flanks of the blade root, a determined centrifugal force applied to the blade.
  • the minimum clamping force is determined by dividing the centrifugal force determined by the coefficient of friction between the metal plates and the side flanks of blade root.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a turbomachine blade according to one embodiment of the invention
  • FIGS. 2 and 3 is a perspective view showing the mounting of plates on the blade root of FIG. 1 according to one embodiment of the invention
  • FIG. 4 is a perspective view showing the blade root of Figures 2 and 3 once mounted;
  • FIG. 5 is a perspective view showing a blade root comprising an oblong hole according to another embodiment of the invention.
  • FIG. 6 is a partial perspective view showing the mounting of the root of a blade of Figure 4 on a rotor disc;
  • FIG. 7 is a partial perspective view of the rotor disk of FIG. 6 provided with blades of FIG. 4.
  • the invention is applicable to various types of turbine engine composite material blades, in particular compressor and turbine blades of different gas turbine bodies, for example a low-pressure turbine rotor disk blade, such as that illustrated in Figure 1.
  • the blade 10 of Figure 1 comprises a blade 12, a foot 14 formed by a portion of greater thickness and extended by a stilt 16, and a platform 18 located between the stilt 16 and the blade 12.
  • the blade may also comprise, as illustrated here, a heel 19 in the vicinity of the free end 20 of the blade.
  • the blade 12 forms an aerodynamic surface extending longitudinally from the platform 18 to its free end
  • the blade 10 is made of composite material from processes known to those skilled in the art.
  • composite material is meant here any material formed from a fibrous reinforcement filled by a matrix such as ceramic matrix materials (CMC)
  • the blade 10 further has, at its foot 14, two opposite lateral flanks 22, 24 which are substantially planar and which are formed in the respective extension of the intrados 12a and extrados 12b surfaces of the blade 12.
  • the foot 14 of the blade 10 is sandwiched between two metal plates 26, 28 respectively fixed against the lateral flanks 22, 24 of the foot.
  • Fixing the metal plates 26 and 28 is effected by means of at least one screw 30 and a nut 40 passing through, in a direction substantially perpendicular to the lateral flanks, the orifices 260 and 280 formed respectively in the plates 26 and 28 and a orifice 25 formed through the foot 14 of the blade.
  • the nut 40 is preferably a self-locking nut.
  • the aperture 25 of the root of the blade is added during the dawn manufacturing process, either by the use of a correspondingly shaped insert during weaving, or by drilling the foot after the first infiltration.
  • the screw 30 comprises a frustoconical shaped head 31 cooperating with a chamfer 261 formed in the plate 26 while the nut 40 has a head 41 also of frustoconical shape cooperating with a chamfer 281 formed in the In this way, the screw head and the nut head do not protrude from the outer surface of the plates 26 and 28 and allow the insertion of the blade root in small housings.
  • the screw 30 comprises a threaded rod 32 cooperating with a tapping 43 formed inside a hollow rod 42 of the nut 40 during the clamping of the fixing link plates.
  • the nut 40 comprises at level of its head 41 a flat 410 for cooperating with a flat 282 formed in the chamfer 281 of the plate 28 to counter the rotation of the nut 40 when tightened with the screw 30.
  • the tightening of the screw 30 with the nut 40 is carried out according to a minimum clamping force capable of ensuring a frictional absorption between the metal plates 26 and 28 and the lateral flanks 22 and 24 of the foot of dawn of a centrifugal force or determined tensile force applied to the dawn.
  • the minimum clamping force must make it possible to ensure a non-slip contact between, on the one hand, the inner face 26a of the metal plate 26 and the flank 22 of the blade root 14 and, on the other hand , the inner face 28a of the metal plate 28 and the flank 24 of the blade root 14.
  • the contact between the metal plates and the flanks of the blade root must remain non-slip in relation to the maximum tensile stress encountered in operation which corresponds to the maximum centrifugal force exerted on the blade during its use.
  • the minimum clamping force to be applied to the plates is calculated from the following formula:
  • Clamping force centrifugal force applied to the dawn / coefficient of friction
  • the tightening of the screw is for example carried out with a torque wrench which makes it possible to control the clamping force applied.
  • the inner faces 26a and 28a of the metal plates 26 and 28 respectively opposite the flanks 22 and 24 of the blade root 14 may comprise a structured surface in order to achieve mechanical anchoring of the metal plates on the flanks of the blade root.
  • the inner faces 26a and 28a of the metal plates 26 and 28 each have a straight knurling 265, 285 oriented perpendicularly to the axis of the blade and, therefore, in the direction of the tensile force applied at dawn.
  • knurling a coefficient of friction is obtained between the plates and the flanks of the blade root close to 1, the clamping force to be applied in this case being equal to the maximum centrifugal force.
  • Knurling can also be crossed or streaked.
  • the coefficient of friction between the plates and flanks of the blade root can also be increased by forming a rough layer or abrasive, such as a solder layer, between the metal plates and the flanks of the blade root.
  • the passage opening of the connection formed in the blade root may have an oblong shape, as shown in Figure 5 which shows a foot 114 of a blade 100 having a passage opening 125 of oblong shape extending in the length of the blade 100.
  • the orifice passage of the binding formed in the blade root may have other suitable forms such as scalloping.
  • a material having coefficient of thermal expansion greater than the coefficient of thermal expansion of the plates so that, during the rise in temperature, the screw-nut system expands less than the plates thus ensuring the maintenance of the preload applied to the plates.
  • the screw and the nut can be made of high-performance nickel-based alloy Haynes® 242® or Waspaloy® while the plates are made of stainless steel A286 or Inconel® 718.
  • the blade, the metal plates, the screw and the nut are made of materials that preferably have thermal expansion coefficients that evolve similarly over all or part of a temperature range between 0 ° C. and 800 ° C. Indeed, having a quasi-homothety in the evolution curves of the thermal expansion coefficients of all of these elements, the holding of the clamping is better controlled during temperature changes.
  • a blade of composite material with stainless steel plates A286 or Inconel® 718 and a nickel-based high-performance nickel-alloy screw-nut system of Haynes® 242® or Waspaloy® type have thermal expansion coefficients evolving identically.
  • the metal plates are machined in a shape to give the blade root a geometry adapted to the housing of the disk or wheel in which it must be inserted.
  • the plates 26 and 28 are machined so as to form respectively reduced thickness portions 262 and 282 conferring on the blade root when mounted thereon a bulbous shape adapted to cooperate with a housing 51 of a rotor disc 50 as shown in Figures 6 and 7.
  • each blade 10 is mounted on the disc 50 by engaging the foot 14 sandwiched between the plates 26 and 28 in a housing or cell 51.
  • Each housing 51 is separated from the adjacent housing by a tooth 52 having an upper portion 53 having a bulged shape for retaining the blade during rotation of the disc.
  • the plates 26 have two portions 263 and 264 protruding from the outer surface of the plate and extending substantially perpendicular to that surface.
  • the plates 28 comprise two portions 283 and 284 protruding from the outer surface of the plate and extending substantially perpendicularly to this surface.
  • the portions 263, 264, 283 and 284 play both the role of an anti-tip wall for the blade and provide a sealing function, the portions 263 and 264 of a blade respectively coming into contact with each other. portions 283 and 284 of another adjacent blade.

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Abstract

Aube (10) de disque de rotor pour turbomachine en matériau composite comprenant un renfort fibreux obtenu par tissage multicouche de fils et densifié par une matrice. L'aube (10) comprend une partie constitutive de pale (12) et pied d'aube (14) formant une seule pièce, le pied d'aube (14) ayant deux flancs latéraux opposés (22, 24) sensiblement plans qui sont formés dans le prolongement respectif des surfaces intrados (12a) et extrados (12b) de la pale (10). Le pied d'aube (14) est enserré entre deux plaques métalliques (26, 28) fixées contre les flancs latéraux (22, 24) du pied d'aube par une vis (30) et un écrou (40) traversant les plaques (26, 28) et le pied d'aube (14). La vis (30) comprend une tête (31) en appui sur une (26) des deux plaques. L'écrou (40) comprend une tête (41) en appui sur l'autre plaque (28). La vis et l'écrou (30, 40) appliquent sur les plaques métalliques (26, 28) un effort de serrage minimal apte à assurer une reprise, par frottement entre les plaques métalliques (26, 28) et les flancs latéraux (22, 24) du pied d'aube (14), d'une force centrifuge déterminée appliquée à l'aube (10).

Description

AUBE DE DISQUE DE ROTOR AVEC RETENUE DU PIED PAR FROTTEMENT,
DISQUE DE ROTOR, TURBOMACHINE ET PROCÉDÉ D'ASSEMBLAGE ASSOCIÉ
Arrière-plan de l'invention
La présente invention se rapporte au domaine général des aubes de turbomachine en matériau composite comportant un renfort fibreux densifié par une matrice.
Le domaine visé est celui des aubes mobiles destinées à être montées sur des disques de rotor de turbines à gaz pour moteurs aéronautiques ou turbines industrielles.
Ce type d'aube est originellement issu de fonderie et comporte un pied en forme de bulbe. Le pied brut est usiné avec précision afin d'assurer une interface mécanique efficace avec son logement dans le disque de rotor.
La réalisation d'aubes similaires en matériau composite pour des turbomachines a déjà été proposée. On pourra par exemple se référer à la demande de brevet US 2011/311368 qui décrit la fabrication d'une aube de turbomachine par réalisation d'une préforme fibreuse par tissage tridimensionnel ou multicouche et densification de la préforme par une matrice. Le pied d'aube en matériau composite reprend la géométrie de bulbe afin d'assurer la reprise de l'effort centrifuge et de faciliter l'intégration des aubes en matériau composite dans l'environnement moteur existant.
Dans le cas des aubes en matériau composite, le pied d'aube est réalisé en utilisant un insert positionné dans une déliaison de la préforme textile afin de former une portion en forme de bulbe au niveau de la partie de l'aube correspondant à son pied.
Cependant, cette technique de formation de pied d'aube complexifie la fabrication industrielle de l'aube et augmente son coût de fabrication car elle engendre des pertes de matière importantes et demande des manipulations délicates qui ralentissent la vitesse de production. En outre, l'insert, lui aussi en matériau composite, doit être densifié et usiné, ce qui entraîne un coût supplémentaire et éventuellement des rejets de pièces.
Le textile de la préforme, mobile par nature, interagit mécaniquement avec l'insert et peut conduire notamment à des cisaillements du textile, rotations de l'insert, déliaisons entre l'insert et le textile, etc.
Par ailleurs, le moulage et la densification de la partie de la préforme destinée à former le pied d'aube s'avèrent délicates en particulier parce que les tolérances sur le profil du pied en forme de bulbe sont très faibles (de l'ordre du dixième de millimètre) et que les exigences en termes de propriétés mécaniques de cette partie de l'aube sont importantes, le pied de l'aube concentrant la majorité des efforts appliqués sur l'aube.
Le document US 2010/189562 divulgue une aube de turbomachine en matériau composite présentant au niveau de sa partie destinée à former le pied d'aube une portion sensiblement plane, la géométrie du pied étant obtenue en enserrant cette portion entre deux plaques métalliques maintenues en place par un pion soudé. Cette conception permet de faciliter la fabrication de l'aube en composite car la géométrie du pied en forme de bulbe ou équivalent qui est difficile à obtenir à partir de la préforme textile est assurée par adjonction de plaques métalliques sur les flancs d'une portion plane qui est simple à réaliser en matériau composite.
Cependant, comme indiqué ci-avant, le pied d'aube correspond à la partie de l'aube qui concentre la plupart des efforts appliqués sur l'aube puisqu'il est destiné à assurer le maintien de l'aube dans le disque vis-à-vis des forces centrifuges. Dans le cas du maintien des plaques métalliques par un pion soudé comme décrit dans le document US 2010/189562, les efforts appliqués par les forces centrifuges sont essentiellement repris au niveau de la portion en matériau composite de l'aube en contact avec le pion lorsque les forces de frottements entre les plaques métalliques et les flancs de l'aube en matériau composite sont insuffisantes pour reprendre ces efforts. Il existe alors dans cette situation un risque d'endommagement du matériau composite, voire de rupture par matage de celui-ci.
Objet et résumé de l'invention
La présente invention a donc pour but principal de proposer une aube en matériau composite dont la géométrie du pied peut être réalisée de manière aisée et reproductible tout en assurant une reprise fiable des efforts appliqués sur le pied d'aube.
Ce but est atteint grâce à une aube de disque de rotor pour turbomachine en matériau composite comprenant un renfort fibreux obtenu par tissage multicouche de fils et densifié par une matrice, l'aube comprenant une partie constitutive de pale et pied d'aube formant une seule pièce, le pied d'aube ayant deux flancs latéraux opposés sensiblement plans qui sont formés dans le prolongement respectif des surfaces intrados et extrados de la pale, le pied d'aube étant enserré entre deux plaques métalliques fixées contre les flancs latéraux du pied d'aube par une vis et un écrou traversant les plaques et le pied d'aube,
caractérisée en ce que la vis comprend une tête en appui sur une des deux plaques et en ce que l'écrou comprend une tête en appui sur l'autre plaque, la vis et l'écrou appliquant sur les plaques métalliques un effort de serrage minimal apte à assurer une reprise, par frottement entre les plaques métalliques et les flancs latéraux du pied d'aube, d'une force centrifuge déterminée appliquée à l'aube.
En assurant par le serrage des plaques un contact non glissant entre celles-ci et les flancs du pied d'aube, la reprise de la force centrifuge (efforts de traction) au niveau du pied d'aube est répartie sur la totalité de la surface de contact entre les plaques et les flancs du pied en composite. On évite ainsi la concentration de contraintes au niveau de la zone de contact entre l'organe de fixation des plaques et la portion correspondante du pied en matériau composite qui peut conduire à un endommagement du pied de l'aube. Par ce contact non glissant, on réduit également la sensibilité au manque de compensation du moment centrifuge par le moment aérodynamique de la pale de l'aube qui peut entraîner un basculement du pied de l'aube dans l'alvéole du disque dans laquelle il est logé.
Selon un premier aspect de l'aube de l'invention, l'effort de serrage minimal est déterminé en divisant la force centrifuge déterminée par le coefficient de frottement entre les plaques métalliques et les flancs latéraux de pied d'aube.
Selon un deuxième aspect de l'aube de l'invention, la vis et l'écrou comporte une tête de forme conique tandis que les plaques comportent un chanfrein correspondant permettant d'intégrer totalement la vis et l'écrou dans les plaques.
Selon un troisième aspect de l'aube de l'invention, chaque plaque métallique comporte sur sa face opposée à celle en contact avec le pied d'aube au moins une portion faisant saillie, ladite portion présentant une forme apte à assurer une ou les deux fonctions suivantes : anti- basculement et étanchéité.
Selon un quatrième aspect de l'aube de l'invention, le pied d'aube comporte un trou oblong ou festonnage s'étendant dans la direction de la longueur de l'aube pour le passage de la vis et de l'écrou. Le trou oblong ou festonnage permettant de relâcher les contraintes thermodynamiques.
Selon un cinquième aspect de l'aube de l'invention, la face de chaque plaque en regard avec le pied d'aube présente une surface structurée de manière à augmenter le frottement entre les plaques et le pied d'aube. La face de chaque plaque en regard avec le pied d'aube peut notamment comporter un moletage droit ou croisé orienté en fonction de la direction des efforts centrifuges auxquels l'aube est soumise.
Selon un sixième aspect de l'aube de l'invention, les plaques métalliques ont un coefficient de dilatation thermique inférieur au coefficient de dilatation thermique de la vis et de l'écrou. L'effort de serrage est ainsi maintenu lors des montées en température.
Selon un septième aspect de l'aube de l'invention, les plaques métalliques, la vis et l'écrou présentent des coefficients de dilatation thermique évoluant de manière similaire sur tout ou partie d'une plage de température comprise entre 0°C et 800°C, ce qui permet de mieux contrôler le maintien du serrage sur toute la plage de température.
L'invention concerne également un disque de rotor de turbomachine comprenant à sa périphérie extérieure une pluralité d'alvéoles métalliques sensiblement axiales et une pluralité d'aubes telles que définies précédemment, chaque aube étant montée par son pied dans une alvéole du disque. L'invention concerne encore une turbomachine comportant au moins un tel disque de rotor.
L'invention concerne encore un procédé d'assemblage de plaques sur un pied d'aube, ladite aube étant réalisée en matériau composite comprenant un renfort fibreux obtenu par tissage multicouche de fils et densifié par une matrice, l'aube comprenant une partie constitutive de pale et pied d'aube formant une seule pièce, le pied d'aube ayant deux flancs latéraux opposés sensiblement plans qui sont formés dans le prolongement respectif des surfaces intrados et extrados de la pale, le pied d'aube étant enserré entre deux plaques métalliques fixées contre les flancs latéraux du pied d'aube par une vis et un écrou traversant les plaques et le pied d'aube,
caractérisé en ce que la vis comprend une tête en appui sur une des deux plaques, l'écrou comprenant une tête en appui sur l'autre plaque, et en ce qu'on applique sur les plaques métalliques lors du serrage de la vis avec l'écrou un effort de serrage minimal apte à assurer une reprise, par frottement entre les plaques métalliques et les flancs latéraux du pied d'aube, d'une force centrifuge déterminée appliquée à l'aube.
Comme expliqué ci-avant, en fixant les plaques métalliques sur le pied d'aube selon un contact non glissant par un effort de serrage minimal, on répartit la reprise de la force centrifuge (efforts de traction) au niveau du pied d'aube sur la totalité de la surface de contact entre les plaques et les flancs du pied en composite. On évite ainsi la concentration de contraintes au niveau de la zone de contact entre l'organe de fixation des plaques et la portion correspondante du pied en matériau composite qui peut conduire à un endommagement du pied de l'aube. Par ce contact non glissant, on réduit également la sensibilité au manque de compensation du moment centrifuge par le moment aérodynamique de la pale de l'aube qui peut entraîner un basculement du pied de l'aube dans l'alvéole du disque dans laquelle il est logé.
Selon un aspect du procédé de l'invention, l'effort de serrage minimal est déterminé en divisant la force centrifuge déterminée par le coefficient de frottement entre les plaques métalliques et les flancs latéraux de pied d'aube.
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 des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 est une vue en perspective montrant une aube de turbomachine selon un mode de réalisation de l'invention ;
- les figures 2 et 3 est une vue en perspective montrant le montage de plaques sur le pied d'aube de la figure 1 selon un mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 4 est une vue en perspective montrant le pied d'aube des figures 2 et 3 une fois monté ;
- la figure 5 est une vue en perspective montrant un pied d'aube comportant un trou oblong selon un autre mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 6 est une vue partielle en perspective montrant le montage du pied d'une aube de la figure 4 sur un disque de rotor ;
- la figure 7 est une vue partielle en perspective du disque de rotor de la figure 6 muni d'aubes de la figure 4.
Description détaillée de modes de réalisation
L'invention est applicable à différents types d'aubes mobiles en matériau composite de turbomachine, notamment des aubes de compresseur et de turbine de différents corps de turbines à gaz, par exemple une aube de disque de rotor de turbine basse-pression, telle que celle illustrée par la figure 1.
De façon connue en soi, l'aube 10 de la figure 1 comprend une pale 12, un pied 14 formé par une partie de plus forte épaisseur et prolongé par une échasse 16, et une plateforme 18 située entre l'échasse 16 et la pale 12. L'aube peut également comporter, comme illustré ici, un talon 19 au voisinage de l'extrémité libre 20 de la pale.
La pale 12 forme une surface aérodynamique qui s'étend en direction longitudinale depuis la plateforme 18 jusqu'à son extrémité libre
20. Elle présente un profil incurvé d'épaisseur variable formé d'une surface intrados 12a et d'une surface extrados 12b reliées transversalement par un bord d'attaque 12c et un bord de fuite 12d.
L'aube 10 est réalisée en matériau composite à partir de procédés connus de l'homme du métier. Par « matériau composite », on entend ici tout matériau formé à partir d'un renfort fibreux comblé par une matrice comme par exemple les matériaux à matrice céramique (CMC)
(renfort en fibres de carbone ou céramique comblé par une matrice au moins partiellement céramique), les matériaux carbone/carbone (C/C) (renfort en fibres de carbone et matrice en carbone), les matériaux oxyde/oxyde (renfort en fibres oxyde et matrice oxyde), les matériaux à matrice organique (CMO) (renfort en fibres de verre, carbone ou autre et matrice organique), etc. On pourra par exemple se référer à la demande de brevet US 2011/311368 qui décrit la fabrication d'une telle aube comprenant un renfort fibreux obtenu par tissage tridimensionnel de fils et densifié par une matrice. Avec un tel procédé, la partie constitutive de pale 12 forme une seule pièce avec le pied 14 de l'aube. Dans l'exemple décrit ici, l'aube est réalisée en matériau composite à matrice céramique (CMC).
De par son procédé de fabrication particulier, l'aube 10 présente en outre, au niveau de son pied 14, deux flancs latéraux opposés 22, 24 qui sont sensiblement plans et qui sont formés dans le prolongement respectif des surfaces intrados 12a et extrados 12b de la pale 12.
Selon l'invention et comme représenté sur les figures 2 à 4, le pied 14 de l'aube 10 est enserré entre deux plaques métalliques 26, 28 fixées respectivement contre les flancs latéraux 22, 24 du pied.
La fixation des plaques métalliques 26 et 28 s'effectue au moyen d'au moins une vis 30 et un écrou 40 traversant, selon une direction sensiblement perpendiculaire aux flancs latéraux, des orifices 260 et 280 ménagés respectivement dans les plaques 26 et 28 et un orifice 25 ménagé au travers du pied 14 de l'aube. L'écrou 40 est de préférence un écrou auto-freiné. L'orifice 25 du pied de l'aube est ajouté au cours du processus de fabrication de l'aube, soit par l'utilisation d'un insert de forme correspondante lors du tissage, soit par le perçage du pied après la première infiltration. Dans le mode de réalisation décrit ici, la vis 30 comporte une tête 31 de forme tronconique coopérant avec un chanfrein 261 ménagé dans la plaque 26 tandis que l'écrou 40 comporte une tête 41 également de forme tronconique coopérant avec un chanfrein 281 ménagé dans la plaque 28. De cette manière, la tête de vis et la tête d'écrou ne dépassent pas de la surface externe des plaques 26 et 28 et permettent l'insertion du pied de l'aube dans des logements de petites dimensions. La vis 30 comporte une tige filetée 32 coopérant avec un taraudage 43 formé à l'intérieur d'une tige creuse 42 de l'écrou 40 lors du serrage de la liaison de fixation des plaques. L'écrou 40 comporte au niveau de sa tête 41 un méplat 410 destiné à coopérer avec un méplat 282 ménagé dans le chanfrein 281 de la plaque 28 afin de contrer la rotation de l'écrou 40 lors de son serrage avec la vis 30.
Conformément à l'invention, le serrage de la vis 30 avec l'écrou 40 est réalisé suivant un effort de serrage minimal apte à assurer une reprise par frottement entre les plaques métalliques 26 et 28 et les flancs latéraux 22 et 24 du pied d'aube d'une force centrifuge ou effort de traction déterminé appliqué à l'aube. En effet, l'effort de serrage minimal doit permettre d'assurer un contact non glissant entre, d'une part, la face interne 26a de la plaque métallique 26 et le flanc 22 du pied d'aube 14 et, d'autre part, la face interne 28a de la plaque métallique 28 et le flanc 24 du pied d'aube 14. Le contact entre les plaques métalliques et les flancs du pied d'aube doit rester non glissant face à l'effort de traction maximal rencontré en fonctionnement qui correspond à la force centrifuge maximale exercée sur l'aube durant son utilisation. L'effort de serrage minimal à appliquer sur les plaques est calculé à partir de la formule suivante :
Effort de serrage=force centrifuge appliquée à l'aube/coefficient de frottement
Le serrage de la vis est par exemple réalisé avec une clé dynamométrique qui permet de contrôler l'effort de serrage appliqué.
Les faces internes 26a et 28a des plaques métalliques 26 et 28 respectivement en regard des flancs 22 et 24 du pied d'aube 14 peuvent comporter une surface structurée afin de réaliser un ancrage mécanique des plaques métalliques sur les flancs du pied d'aube. Dans l'exemple décrit ici, les faces internes 26a et 28a des plaques métalliques 26 et 28 compotent chacune un moletage droit 265, 285 orienté perpendiculairement à l'axe de l'aube et, par conséquent, au sens de l'effort de traction appliqué à l'aube. Avec un tel moletage, on obtient un coefficient de frottement entre les plaques et les flancs du pied d'aube proche de 1, l'effort de serrage à appliquer dans ce cas étant égal à la force centrifuge maximale. Le moletage peut être également croisé ou strié. Le coefficient de frottement entre les plaques et les flancs du pied d'aube peut être également augmenté en formant une couche rugueuse ou abrasive, telle qu'une couche de brasure, entre les plaques métalliques et les flancs du pied d'aube.
En outre, afin d'éviter l'apparition de contraintes locales entre la liaison vis-écrou et le matériau composite de l'aube et permettre le relâchement des contraintes thermomécaniques, l'orifice de passage de la liaison ménagé dans le pied d'aube peut présenter une forme oblongue, comme illustré sur la figure 5 qui montre un pied 114 d'une aube 100 comportant un orifice de passage 125 de forme oblongue s'étendant dans la longueur de l'aube 100. L'orifice de passage de la liaison ménagé dans le pied d'aube peut présenter d'autres formes adaptées telles qu'un festonnage.
Afin de maintenir l'effort de serrage sur toute la plage de température que l'aube est susceptible de rencontrer en fonctionnement, plage comprise typiquement entre 0°C et 800°C, on choisit pour la vis et l'écrou un matériau présentant un coefficient de dilatation thermique supérieur au coefficient de dilatation thermique des plaques de manière à ce que, lors des montées en températures, le système vis-écrou se dilate moins que les plaques assurant ainsi le maintien de la précontrainte appliquée sur les plaques. A titre d'exemples non limitatifs, la vis et l'écrou peuvent être réalisés en alliage haute performance à base de nickel de type Haynes® 242® ou Waspaloy® tandis que les plaques sont réalisées en acier inoxydable A286 ou en Inconel® 718.
Par ailleurs, l'aube, les plaques métalliques, la vis et l'écrou sont réalisés avec des matériaux qui présentent de préférence des coefficients de dilatation thermique évoluant de manière similaire sur tout ou partie d'une plage de température comprise entre 0°C et 800°C. En effet, en ayant une quasi-homothétie dans les courbes d'évolution des coefficients de dilatation thermique de l'ensemble de ces éléments, la tenue du serrage est mieux contrôlée lors des variations de température. A titre d'exemples non limitatifs, une aube en matériau composite avec des plaques en acier inoxydable A286 ou en Inconel® 718 et un système vis- écrou en alliage haute performance à base de nickel de type Haynes® 242® ou Waspaloy® présentent des coefficients de dilatation thermique évoluant de manière identique. Les plaques métalliques sont usinées suivant une forme permettant de conférer au pied d'aube une géométrie adaptée au logement du disque ou roue dans lequel il doit être inséré. Dans l'exemple décrit ici, les plaques 26 et 28 sont usinées de manière à former respectivement des portions d'épaisseur réduites 262 et 282 conférant au pied d'aube une fois montées sur celui-ci une forme de bulbe apte à coopérer avec un logement 51 d'un disque de rotor 50 tel que représenté sur les figures 6 et 7. Comme illustrées sur les figures 6 et 7, chaque aube 10 est montée sur le disque 50 en engageant le pied 14 enserré entre les plaques 26 et 28 dans un logement ou alvéole 51. Chaque logement 51 est séparé du logement adjacent par une dent 52 comportant une partie supérieure 53 ayant une forme renflée destinée à retenir l'aube lors de la rotation du disque.
Dans le mode de réalisation décrit ici, les plaques 26 comportent deux portions 263 et 264 faisant saillie depuis la surface externe de la plaque et s'étendant sensiblement perpendiculairement à cette surface. De même, les plaques 28 comportent deux portions 283 et 284 faisant saillie depuis la surface externe de la plaque et s'étendant sensiblement perpendiculairement à cette surface. Comme illustrées sur la figure 7, les portions 263, 264, 283 et 284 jouent à la fois le rôle de muret antibasculement pour l'aube et assurent une fonction d'étanchéité, les portions 263 et 264 d'une aube venant respectivement n contact des portions 283 et 284 d'une autre aube adjacente.
L'utilisation de plaques métalliques permet de conférer au pied d'aube une géométrie précise et reproductible, et ce dans de petites dimensions, le pied d'aube de compresseur basse pression décrite ci-avant présentant typiquement une largeur I de l'ordre de 10 mm (figure 6) et devant être insérée dans un logement ayant des dimensions équivalentes sans dégagement.

Claims

REVENDICATIONS
1. Aube (10) de disque de rotor (50) pour turbomachine en matériau composite comprenant un renfort fibreux obtenu par tissage multicouche de fils et densifié par une matrice, l'aube (10) comprenant une partie constitutive de pale (12) et pied d'aube (14) formant une seule pièce, le pied d'aube (14) ayant deux flancs latéraux opposés (22, 24) sensiblement plans qui sont formés dans le prolongement respectif des surfaces intrados (12a) et extrados (12b) de la pale (10), le pied d'aube (14) étant enserré entre deux plaques métalliques (26, 28) fixées contre les flancs latéraux (22, 24) du pied d'aube par une vis (30) et un écrou (40) traversant les plaques (26, 28) et le pied d'aube (14),
caractérisée en ce que la vis (30) comprend une tête (31) en appui sur une (26) des deux plaques et en ce que l'écrou (40) comprend une tête (41) en appui sur l'autre plaque (28), la vis et l'écrou (30, 40) appliquant sur les plaques métalliques (26, 28) un effort de serrage minimal apte à assurer une reprise, par frottement entre les plaques métalliques (26, 28) et les flancs latéraux (22, 24) du pied d'aube (14), d'une force centrifuge déterminée appliquée à l'aube (10).
2. Aube selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'effort de serrage minimal est déterminé en divisant la force centrifuge déterminée par le coefficient de frottement entre les plaques métalliques (26, 28) et les flancs latéraux (22, 24) de pied d'aube (14).
3. Aube selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la vis (30) et l'écrou (40) comporte une tête (31 ; 41) de forme conique et en ce que les plaques métalliques (26, 28) comportent un chanfrein correspondant (261 ; 281).
4. Aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que chaque plaque métallique (26 ; 28) comporte sur sa face opposée à celle en contact avec le pied d'aube (14) au moins une portion (263 ; 283) faisant saillie, ladite portion présentant une forme apte à assurer une ou les deux fonctions suivantes : anti-basculement et étanchéité.
5. Aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le pied d'aube (14) comporte un trou oblong (125) ou un festonnage s'étendant dans le sens de la longueur de l'aube (10) pour le passage de la vis et de l'écrou.
6. Aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la face (26a ; 28a) de chaque plaque (26 ; 28) en regard avec le pied d'aube présente une surface structurée.
7. Aube selon la revendication 6, caractérisée en ce que la face (26a ; 28a) de chaque plaque (26 ; 28) en regard avec le pied d'aube (14) comporte un moletage (265 ; 285).
8. Aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les plaques métalliques (26, 28) ont un coefficient de dilatation thermique inférieur au coefficient de dilatation thermique de la vis (30) et de l'écrou (40).
9. Aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que l'aube (10), les plaques métalliques (26, 28), la vis (30) et l'écrou (40) présentent des coefficients de dilatation thermique évoluant de manière similaire sur tout ou partie d'une plage de température comprise entre 0°C et 800°C.
10. Disque de rotor (50) de turbomachine comprenant à sa périphérie extérieure une pluralité d'alvéoles métalliques (51) sensiblement axiales, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une pluralité d'aubes (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, chaque aube (10) étant montée par son pied dans une alvéole du disque.
11. Turbomachine comportant au moins un disque de rotor (50) selon la revendication 10.
12. Procédé d'assemblage de plaques (26, 28) sur un pied d'aube (14), ladite aube étant réalisée en matériau composite comprenant un renfort fibreux obtenu par tissage multicouche de fils et densifié par une matrice, l'aube (10) comprenant une partie constitutive de pale (12) et pied (14) d'aube formant une seule pièce, le pied d'aube (14) ayant deux flancs latéraux opposés (22, 24) sensiblement plans qui sont formés dans le prolongement respectif des surfaces intrados (12a) et extrados (12b) de la pale (12), le pied d'aube (14) étant enserré entre deux plaques métalliques (26, 28) fixées contre les flancs latéraux (22, 24) du pied d'aube (14) par une vis (30) et un écrou (40) traversant les plaques (26, 28) et le pied d'aube (14),
caractérisé en ce que la vis (30) comprend une tête (31) en appui sur une (26) des deux plaques, l'écrou (40) comprenant une tête (41) en appui sur l'autre plaque (28), et en ce qu'on applique sur les plaques métalliques (26, 28) lors du serrage de la vis (30) avec l'écrou (40) un effort de serrage minimal apte à assurer une reprise, par frottement entre les plaques métalliques (26, 28) et les flancs latéraux (22, 24) du pied d'aube (14), d'une force centrifuge déterminée appliquée à l'aube (10).
13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'effort de serrage minimal est déterminé en divisant la force centrifuge déterminée par le coefficient de frottement entre les plaques métalliques (26, 28) et les flancs latéraux (22, 24) de pied d'aube (14).
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