EP4623189A1 - Aube de turbomachine avec conducteur électrique de dégivrage et procede de fabrication associé - Google Patents
Aube de turbomachine avec conducteur électrique de dégivrage et procede de fabrication associéInfo
- Publication number
- EP4623189A1 EP4623189A1 EP23794389.9A EP23794389A EP4623189A1 EP 4623189 A1 EP4623189 A1 EP 4623189A1 EP 23794389 A EP23794389 A EP 23794389A EP 4623189 A1 EP4623189 A1 EP 4623189A1
- Authority
- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- blade
- electrical conductor
- groove
- turbomachine
- cold gas
- 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.)
- Pending
Links
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
- F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
- F01D25/02—De-icing means for engines having icing phenomena
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
- B22F5/04—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of turbine blades
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
- B22F7/06—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
- B22F7/06—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
- B22F7/08—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools with one or more parts not made from powder
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
- B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
- B23P15/04—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass turbine or like blades from several pieces
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
- B33Y70/10—Composites of different types of material, e.g. mixtures of ceramics and polymers or mixtures of metals and biomaterials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
- C22C32/0005—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with at least one oxide and at least one of carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
- C22C32/001—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with only oxides
- C22C32/0015—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with only oxides with only single oxides as main non-metallic constituents
- C22C32/0036—Matrix based on Al, Mg, Be or alloys thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
- C22C32/0047—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents
- C22C32/0052—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents only carbides
- C22C32/0063—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents only carbides based on SiC
-
- 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
- F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
- F01D17/10—Final actuators
- F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
- F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
- F01D17/16—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
- F01D17/162—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for axial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially perpendicular to the rotor centre line
-
- 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
- F01D9/00—Stators
- F01D9/06—Fluid supply conduits to nozzles or the like
- F01D9/065—Fluid supply or removal conduits traversing the working fluid flow, e.g. for lubrication-, cooling-, or sealing fluids
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
- F02C7/04—Air intakes for gas-turbine plants or jet-propulsion plants
- F02C7/042—Air intakes for gas-turbine plants or jet-propulsion plants having variable geometry
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
- F02C7/04—Air intakes for gas-turbine plants or jet-propulsion plants
- F02C7/047—Heating to prevent icing
-
- 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
- F05D2230/00—Manufacture
- F05D2230/30—Manufacture with deposition of material
- F05D2230/31—Layer deposition
-
- 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
- F05D2260/00—Function
- F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
Definitions
- the invention relates more particularly to aspects linked to the efficiency and safety of aircraft turbomachine compressors. Indeed, within the primary vein and at the inlet of the low pressure compressor (also commonly called “booster”) there is a set of stator straightening vanes (also called IGV for "Inlet Guide Vane”).
- EP 3 228 834 A1 discloses an aeronautical turbomachine comprising a compressor blade equipped with an electric de-icing device with a thermistor.
- the solution proposed by this document presents room for improvement in terms of manufacturing process and heat conduction efficiency to obtain even more effective defrosting.
- the invention is the result of technological research aimed at very significantly improving the performance of aircraft and, in this sense, contributes to reducing the environmental impact of aircraft.
- the present invention relates to a turbomachine blade remarkable in that it comprises an electrical conductor entirely covered with metallic material formed by dynamic projection by cold gas of a metallic powder.
- This process has many advantages: it guarantees good thermal conductivity in the blade; to ensure a surface condition compatible with the manufacturing constraints of a blade; and to guarantee good durability against fatigue and/or corrosion.
- the metallic material consists of aluminum loaded with silicon carbide and/or alumina and/or contains other fillers, for example mineral fillers. These materials are both suitable for the projection manufacturing process, are good thermal conductors and are light.
- the metallic material is mainly made up of aluminum from the 1xxx series (with at least 99% aluminum) or from the 2xxx series (having copper as the main alloying element) or from the 6xxx series (with aluminum). magnesium and silicon as the main alloying elements).
- the metallic material extends over at most half the thickness of the blade.
- the quantity of metallic material remains in the minority over the entire blade.
- the groove comprises a U-shaped or V-shaped profile or a Y-shaped funnel.
- a U-shaped or V-shaped profile or a Y-shaped funnel.
- the electrical conductor consists of a layer of copper powder sprayed by means of dynamic projection by cold gas. This way of proceeding allows total freedom on the pattern of the electrical conductor, and makes it possible to establish more or less wide, or more or less dense, conductive “surface” zones, in accordance with local defrosting needs.
- the method comprises a step of holding the electrical conductor in position on the body and possibly in the groove, said holding being ensured by at least one of the following means: bonding; brazing; overcladding; installation of trigger guards; matting the groove; use of a wheel combined with the cold gas projection tool and microwelding.
- the covering is such that the metallic material resulting from the dynamic projection by cold gas of a metallic powder constitutes by volume at most 50% of the total volume of the blade.
- the invention also relates to a turbomachine compressor comprising a blade, remarkable in that the blade is according to one of the above embodiments or is manufactured at least in part by the process of one of the modes of production. achievement above.
- the metallic material covering the electrical conductor by dynamic projection by cold gas ensures better thermal conduction between the electrical conductor and the body of the blade thanks to the absence of porosities and a judicious choice of the materials present.
- the choice of the projected metallic material as well as the material constituting the body of the blade of the invention also makes it possible to guarantee continued mechanical and metallurgical compatibility, but also advantageous durability of the electrical conductor, allowing it to resist fatigue and possible impacts from foreign bodies during operation. In addition, risks linked to corrosion, galvanic for example, and erosion are avoided.
- the blade of the invention makes it possible to minimize the quantity of accreted ice likely to detach and damage other components of the turbomachine, thus making it possible to avoid obstruction of the vein in order to preserve the operability of the turbomachine.
- the cold gas projection process allows material to be deposited without damaging the electrical conductor or the blade.
- the cold spray also allows good homogeneity and continuity of the material.
- FIG. 1 illustrates a sectional view of a compressor of a turbomachine comprising a blade according to the invention
- the turbomachine 4 can correspond to a two-flow turbojet, a turbojet, turbofan, turboprop, turboshaft or any other type of two-flow turbomachine.
- the turbomachine 4 may correspond to a multi-flow turbomachine, such as an unducted triple-flow turbojet (CROR “Counter-Rotating Open Rotor” or USF “Unducted Single Fan”), or any other triple-flow turbomachine .
- the compressor 2 corresponds to a low-pressure compressor or a high-pressure compressor (not shown).
- the turbomachine 4 further comprises other components not shown in the , such as a high-pressure compressor, a combustion chamber and one or more levels of turbines.
- the turbine(s) drive a rotor 6 in rotation.
- the rotor supports several rows of rotor blades 8 associated with rows of stator blades 10. The rotation of the rotor 6 around its axis of rotation of the combustion chamber.
- a fan 12 (partially illustrated) is coupled to the rotor 6 and generates an air flow which is divided into a radially internal flow F1, commonly called primary flow F1, and into a radially external flow F', which can correspond to a flow secondary F' in the context of a double-flow turbomachine, or to a tertiary flow F' of a turbomachine 4 of the triple-flow type.
- the rotor blades 8 can extend radially from a rotor support 16 which may be of the drum type (bladed one-piece drum or any other type of rotor support).
- the low-pressure compressor 2 comprises at the inlet of the primary flow stream 22 F1, a row of stator vanes 9, 109, 209 straightening which can be fixed or with variable pitch, commonly designated by vane VSV (for "Variable Stator Vane”).
- VSV for "Variable Stator Vane”
- the variable setting of the blades 9, 109, 209 can be ensured by means of an actuation system (not illustrated) regulating the angle formed by the blades 9, 109, 209 around an axis 24.
- Each blade 9, 109, 209 comprises a blade 11 and two platforms 26 and arranged at the two ends of the blade 11.
- Each platform 26 is provided with a pin 28 ensuring a pivot connection with the casings 18, 30, the platforms 26 being housed in housings 31 of these casings 18, 30.
- An exterior surface 18.1 and a lower guide surface 30.1 delimit the vein 22.
- the blade 9, 109, 209 of the invention comprises a defrosting means.
- the invention is not limited to VSV blades 9, 109, 209, but can also be applied to other blades, VSV or not, stator or not.
- the method 100 comprises a first step 102 corresponding to the manufacture of the body of the blade by at least one of the following manufacturing techniques: forging, foundry, molding, machining, fiber braiding and/or additive manufacturing.
- the forged or cast blade can be machined to obtain the correct manufacturing tolerances.
- the blade can be entirely obtained by additive manufacturing with or without re-machining.
- the blade of the present invention may be mainly made of a metal matrix composite material.
- the cable 32 can extend over an entire surface of the blade 11 or, as illustrated, be confined to an upstream half of the blade 11.
- the cable can extend over approximately 80% ( ⁇ 10%) of a height H of blade 11.
- the profile of the blade 9, 109 is slender with an H/C ratio (height on chord) greater than 5, and a thickness greater than 2 mm and less than 4 mm.
- H/C ratio height on chord
- the height H can be equal to 200 mm and the chord C can vary from 20 mm to 40 mm.
- a segment of the cable can extend along the pivot axis 24 of the blade 9, 109, or a central axis 11.5 of the blade 11.
- the cable 32 further comprises a non-linear portion 32.3, close to the proximal portion 32.1.
- the pattern described by the cable 32 can thus include a first segment 33 along the axis 11.5, and extending to the distal part 32.2; then a second segment 33.1, parallel and close to the leading edge 11.1.
- the third segment 33.2 of the cable 32 extends in a central position between the first 33 and the second segment 33.1, so as to maintain laterally (in the axial direction of the turbomachine) an identical distance.
- This advantageously makes it possible to uniformly defrost the entire half of the blade 9, 109, each surface unit “seeing” the same density of cable and therefore energy. The other part of the blade (which is much thinner) without cable will nevertheless be defrosted by thermal conduction.
- a free termination 32.5 is possible when the cable 32 comprises two electrical lines 34 capable of being connected together to the right of the distal end 32.5.
- the two electrical lines 34 correspond to two heating metal wires 34 which are covered with an insulating layer 36, the latter being preferably made up of magnesia powder making it possible to electrically insulate the two wires 34 in order to only allow diffusion of thermal energy towards the blade of the blade of the invention.
- the wires 34 and the insulating layer 36 are covered with a protective metal sheath 38, said sheath 38 being able to be made of stainless steel or an aluminum alloy or Inconel® (superalloy containing mainly nickel).
- the cable 32 is advantageously a shielded resistive cable.
- the diameter of the sheath 38 can be of the order of 0.5 mm to 2 mm.
- step 104 of placing the electrical conductor in the body of the blade 9 includes placing the cable 32 in the groove 40
- step 102 of manufacturing the body includes forming the groove 40 in the body.
- the groove 40 makes it possible to facilitate the assembly of the blade 9, to increase the thermal conductivity since the cable 32 is embedded in the blade 9 between the lower surface 11.3 and the upper surface 11.4, and to maintain an upper surface. or lower surface smooth and without roughness (post machining rework).
- the depth of the groove 40 is constant over the entire blade.
- the groove 40 is covered by a filling material 42 advantageously corresponding to a metal powder which is flush with the intrados 11.3.
- the method 100 for manufacturing the blade 9 includes a step 108 of covering the electrical conductor 32 with a metallic material.
- the metallic coating is obtained by dynamic projection by cold gas of a metallic powder.
- Dynamic projection by cold gas also known by its English name “cold spray” is a process for producing a coating from powder suspended in a gas projected at high speed and deforming on impact.
- the left part of the illustrates the projection of a particle 44 of metal powder in the solid state comprising a size ranging from 10 ⁇ m to 100 ⁇ m, and projected at a speed of between 300 to 1400 m/s.
- a supersonic impact S on a substrate 46 is expected.
- the substrate 46 is the body of the blade 9, 109, 209 as well as the electrical conductor.
- the successive powder elements agglomerate without any cavity between them. They become mechanically and metallurgically united via their plastic deformation.
- the electrical conductor 32 is covered with metallic material 42 sprayed by the cold spray process.
- the metal powder of the material 42 covering the cable 32 consists mainly of aluminum, the latter preferably coming from the 1xxx series (with at least 99% aluminum) or from the 2xxx or 6xxx series, and this with or without loading with silicon carbide balls (SiC) and/or alumina balls (Al 2 O 3 ) and/or other fillers.
- the loading of SiC and/or Al 2 O 3 and/or other fillers can be chosen depending on the pressure used during the cold spray.
- the cold spray is produced using an inert gas (nitrogen and/or helium) or pressurized air between 4 and 60 bars heated between 500°C and 1000°C.
- inert gas nitrogen and/or helium
- pressurized air between 4 and 60 bars heated between 500°C and 1000°C.
- cold spray at low pressure is preferred, in particular between 3 and 10 bars, the powder being propelled at a speed of approximately 300 to 800 m/s. This advantageously makes it possible to avoid damage to the sheath 38 of the cable 32 and to have a narrow bead of material deposited.
- the cold spray makes it possible to guarantee good adhesion of the material 42 on the blade, said projected material 42 being compact and dense (with a porosity rate generally less than 1%), makes it possible to effectively maintain and protect the electrical conductor.
- the material 42 may be able to undergo a surface treatment of the blade, for example, anodizing.
- the material 42 can be flush with the surface of the blade. Alternatively, the material 42 can extend beyond the groove 40 to cover part or all of the surface 11.3 of the blade 9.
- the blade 109 can be obtained by means of the succession of steps 102, 104, 106 and 108 of the method 100 illustrated in , similarly to the dawn 9 according to the first embodiment.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
L'invention propose une aube (9; 109; 209) de turbomachine remarquable en ce qu'elle comprend un conducteur électrique (32) intégralement recouvert de matériau métallique formé par projection dynamique par gaz froid d'une poudre métallique. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une aube de turbomachine, le procédé comprenant : la fabrication d'un corps par forgeage, fonderie, usinage et/ou fabrication additive; la mise en place ou le dépôt d'un conducteur électrique sur le corps; et le recouvrement du conducteur électrique par projection dynamique par gaz froid d'une poudre métallique. L'invention propose aussi un compresseur de turbomachine comprenant une aube remarquable en ce que l'aube est selon l'invention ou fabriquée selon le procédé de l'invention.
Description
- L’invention concerne les systèmes de dégivrages des aubes de turbomachine.
- Le changement climatique est une préoccupation majeure pour de nombreux organes législatifs et de régulation à travers le monde. En effet, diverses restrictions sur les émissions de carbone ont été, sont ou seront adoptées par divers états. En particulier, une norme ambitieuse s’applique à la fois aux nouveaux types d’avions mais aussi ceux en circulation nécessitant de devoir mettre en œuvre des solutions technologiques afin de les rendre conformes aux réglementations en vigueur. L’aviation civile se mobilise depuis maintenant plusieurs années pour apporter une contribution à la lutte contre le changement climatique.
- Les efforts de recherche technologique ont déjà permis d’améliorer de manière très significative les performances environnementales des avions. La Déposante prend en considération les facteurs impactant dans toutes les phases de conception et de développement pour obtenir des composants et des produits aéronautiques moins énergivores, plus respectueux de l’environnement et dont l’intégration et l’utilisation dans l’aviation civile ont des conséquences environnementales modérées dans un but d’amélioration de l'efficacité énergétique des avions.
- Par voie de conséquence, la Déposante travaille en permanence à la réduction de son incidence climatique négative par l’emploi de méthodes et l’exploitation de procédés de développement et de fabrication vertueux et minimisant les émissions de gaz à effet de serre au minimum possible pour réduire de l'empreinte environnementale de son activité.
- Ces travaux de recherche et de développement soutenus portent à la fois sur les nouvelles générations de moteurs d’avions, l’allègement des appareils, notamment par les matériaux employés et les équipements embarqués allégés, le développement de l’emploi des technologies électriques pour assurer la propulsion, et, indispensables compléments aux progrès technologiques, les biocarburants aéronautiques.
- Dans ce contexte, l’invention porte plus particulièrement sur les aspects liés à l’efficacité et à la sécurité des compresseurs de turbomachine d’aéronefs. En effet, au sein de la veine primaire et à l'entrée du compresseur basse pression (aussi couramment appelé « booster ») se trouvent un ensemble d'aubes statoriques de redressement (aussi appelées IGV pour « Inlet Guide Vane »).
- Dans certaines phases de vol et au sol, des conditions atmosphériques peuvent être rencontrées qui sont propices à la formation de givre ou de glace sur les aubes de redressement. Lorsque ce phénomène se produit, il peut conduire à l’obstruction partielle ou totale de la veine primaire, et à l’ingestion de blocs de glace détachés dans la veine primaire. En effet, une obstruction de la veine primaire entraîne une sous-alimentation de la chambre de combustion qui peut alors s'éteindre ou empêcher l'accélération de la turbomachine.
- Le document de brevet publié EP 3 228 834 A1 divulgue une turbomachine aéronautique comprenant une aube de compresseur équipée d’un dispositif dégivrant électrique avec une thermistance. La solution proposée par ce document présente une marge d’amélioration en termes de procédé de fabrication et d’efficacité de la conduction de chaleur pour obtenir un dégivrage encore plus efficace.
- L’invention a pour objectif de proposer un procédé de fabrication simple et économique permettant d’obtenir une aube dont le dégivrage est efficace.
- L'invention est le résultat des recherches technologiques visant à améliorer de manière très significative les performances des avions et, en ce sens, contribue à la réduction de l’impact environnemental des avions. Pour cela, la présente invention a pour objet une aube de turbomachine remarquable en ce qu’elle comprend un conducteur électrique intégralement recouvert de matériau métallique formé par projection dynamique par gaz froid d’une poudre métallique.
- Ce procédé a de nombreux avantages : il permet de garantir une bonne conductivité thermique dans l’aube ; d’assurer un état de surface compatible avec les contraintes de fabrication d’une aube ; et de garantir une bonne durabilité en fatigue et/ou contre la corrosion.
- Selon un mode avantageux de l’invention, le matériau métallique est constitué d’aluminium chargé en carbure de silicium et/ou en alumine et/ou contient d’autres charges par exemple des charges minérales. Ces matériaux sont à la fois adaptés au procédé de fabrication par projection, sont bons conducteurs thermiques et sont légers. Préférentiellement, le matériau métallique est principalement constitué d’aluminium issu de la série 1xxx (avec au moins 99% d’aluminium) ou de la série 2xxx (ayant le cuivre comme élément d’alliage principal) ou de la série 6xxx (avec du magnésium et du silicium comme principaux éléments d’alliage).
- Selon un mode avantageux de l’invention, à l’exception du conducteur électrique et du matériau métallique, l’aube est principalement constituée d’un matériau composite à matrice métallique à base d’aluminium. Préférentiellement, la matrice métallique est renforcée avec 10% à 30% en particules de carbure de silicium (SiC). L’aluminium constituant la matrice métallique correspond de préférence à une série 2xxx ou 6xxx.
- Selon un mode avantageux de l’invention, le conducteur électrique décrit un motif avec une extrémité libre. Le procédé par projection par gaz froid permet en effet de s'affranchir de certaines limites de conception sur le motif décrit par le conducteur électrique, contrairement à d’autres techniques de fabrication qui peuvent être plus contraignantes.
- Selon un mode avantageux de l’invention, le matériau métallique s’étend au plus sur une moitié de l’épaisseur de l’aube. Ainsi, la quantité de matériau métallique reste minoritaire sur l’ensemble de l’aube.
- L’invention a également trait à un procédé de fabrication d’une aube de turbomachine, le procédé comprenant : la fabrication d’un corps par forgeage, fonderie, usinage et/ou fabrication additive ; la mise en place ou le dépôt d’un conducteur électrique sur le corps ; et le recouvrement du conducteur électrique par projection dynamique par gaz froid d’une poudre métallique.
- Selon un mode avantageux de l’invention, la fabrication du corps comprend la formation d’une rainure dans le corps, l’étape de mise en place ou de dépôt étant telle que le conducteur électrique est mis en place ou déposé dans la rainure.
- Selon un mode avantageux de l’invention, la rainure comprend un profil en U ou en V ou en entonnoir en forme de Y. Un tel profil est simple à réaliser et permet de contribuer au maintien en position du conducteur avant et pendant qu’il est recouvert de matière.
- Selon un mode avantageux de l’invention, le recouvrement est tel que le matériau métallique résultant de la projection dynamique par gaz froid d’une poudre métallique remplit la rainure et affleure la surface de l’aube, ou alternativement déborde de la rainure.
- Selon un mode avantageux de l’invention, le recouvrement est réalisé à basse pression, le gaz étant préférentiellement porté à une pression comprise entre 3 et 10 bar. Aussi, la vitesse de projection peut être d’environ 300 à 800 m/s. Cela permet d’éviter l’endommagement du conducteur électrique.
- Selon un mode avantageux de l’invention, le conducteur électrique comprend deux lignes électriques enrobées d’une gaine isolante. Ces deux lignes peuvent se rejoindre à l’extrémité du conducteur, afin de fermer le circuit électrique.
- Selon un mode avantageux de l’invention, le conducteur électrique est constitué d’une couche en poudre de cuivre projetée au moyen d’une projection dynamique par gaz froid. Cette manière de procéder permet une liberté totale sur le motif du conducteur électrique, et permet d’établir des zones « surfaciques » conductrices plus ou moins larges, ou plus ou moins denses, en accord avec les besoins locaux de dégivrage.
- Selon un mode avantageux de l’invention, le procédé comprend une étape de maintien en position du conducteur électrique sur le corps et éventuellement dans la rainure, ledit maintien étant assuré par au moins un des moyens suivants : collage ; brasage ; surgainage ; mise en place de pontets ; matage de la rainure ; utilisation d’une roue combinée à l’outil de projection par gaz froid et microsoudure.
- Selon un mode avantageux de l’invention, le recouvrement est tel que le matériau métallique résultant de la projection dynamique par gaz froid d’une poudre métallique constitue en volume au plus 50% du volume total de l’aube.
- L’invention a également trait à un compresseur de turbomachine comprenant une aube, remarquable en ce que l’aube est selon l’un des modes de réalisation ci-dessus ou est fabriquée au moins en partie par le procédé d’un des modes de réalisation ci-dessus.
- Il est entendu que chaque détail d’un mode de réalisation ci-dessus peut être combiné à chaque autre détail des autres modes de réalisation.
- Le matériau métallique recouvrant le conducteur électrique par projection dynamique par gaz froid permet d’assurer une meilleure conduction thermique entre le conducteur électrique et le corps de l’aube grâce à l’absence de porosités et à un choix judicieux des matériaux en présence. Le choix du matériau métallique projeté ainsi que le matériau constituant le corps de l’aube de l’invention permet en outre de garantir une compatibilité mécanique et métallurgique suivie, mais aussi une durabilité avantageuse du conducteur électrique, lui permettant de résister à la fatigue et aux éventuels impacts de corps étrangers en fonctionnement. De plus, les risques liés à la corrosion, galvanique par exemple, et à l’érosion sont évités.
- Le conducteur thermique de l’invention permet de dégivrer efficacement l’aube en permettant à cette dernière d’obtenir une température d’environ 5°C en surface, et ce malgré une température extérieure qui peut atteindre -40°C et une vitesse d’écoulement du flux d’air d’environ 800 km/h.
- L’aube de l’invention permet de minimiser la quantité de glace accrétée susceptible de se détacher et d’endommager d’autres composants de la turbomachine, permettant ainsi d’éviter l’obstruction de la veine afin de préserver l’opérabilité de la turbomachine.
- Par incidence, l’invention permet d’améliorer les performances des compresseurs d’avions et le rendement global des turbomachines, ce qui se traduit en une baisse de consommation de carburant et des émissions de gaz à effet de serre, réduisant ainsi l’impact environnemental des avions.
- Le procédé par projection par gaz froid permet de déposer de la matière sans endommager le conducteur électrique ni l’aube.
- Selon un mode avantageux, une reprise d’usinage de l’état de surface obtenu peut être réalisée de manière à assurer la fonction aérodynamique de l’aube.
- Le cold spray permet également une bonne homogénéité et une bonne continuité de la matière.
- Le cold spray permet une bonne adhésion mécanique (pas de cavité, forte déformation plastique au moment où le matériau se dépose) et une adhésion physico-chimique (métallurgique) avec des matériaux « compatibles » mis en présence l’un de l’autre, par exemple aluminium ou alliage d’aluminium.
- Ainsi, il y a une synergie particulière entre le matériau de l’aube, le matériau (ou la gaine) du conducteur électrique et le matériau du cold spray, qui, ensemble, assurent une bonne tenue mécanique et une bonne conductivité thermique.
-
illustre une vue en coupe d’un compresseur d’une turbomachine comprenant une aube selon l’invention ; -
représente un procédé de fabrication de l’aube de la selon l’invention ; -
représente une vue de face de l’aube de la comprenant un conducteur électrique selon l’un des modes de réalisation de l’invention ; -
représente une vue partielle en perspective d’un câble correspondant au conducteur électrique de l’aube de la ; -
est une vue en coupe de l’aube de la suivant l’axe A-A selon le premier mode de réalisation de l’invention ; -
schématise la formation d’un matériau métallique par projection dynamique par gaz froid d’une poudre métallique ; -
illustre une vue en coupe agrandie du câble de la disposé dans une rainure de l’aube de la ; -
est une vue en coupe de l’aube de la suivant l’axe A-A selon le deuxième mode de réalisation de l’invention ; -
est une vue en coupe de l’aube de la suivant l’axe A-A selon un troisième mode de réalisation de l’invention. - Dans la description qui va suivre, les termes « interne » et « externe » renvoient à un positionnement par rapport à l’axe de rotation d’une turbomachine axiale. La direction axiale correspond à la direction le long de l’axe de rotation de la turbomachine, les longueurs étant mesurées axialement. Les largeurs sont mesurées selon la circonférence. La direction radiale est perpendiculaire à l’axe de rotation. L’amont et l’aval sont en référence au sens d’écoulement principal du flux dans la turbomachine.
- Les dimensions des figures ne sont pas à l’échelle et en particulier les épaisseurs ou les dimensions radiales sont exagérées pour faciliter la lecture des figures.
- La
représente une vue en coupe d’un compresseur 2 d’une turbomachine axiale 4. - La turbomachine 4 peut correspondre à un turboréacteur double-flux, un turbojet, turbofan, turbopropulseur, turbomoteur ou toute autre type de turbomachine à deux flux. Alternativement, la turbomachine 4 peut correspondre à une turbomachine multi-flux, tel qu’un turboréacteur triple-flux non-carénée (CROR « Counter-Rotating Open Rotor » ou USF « Unducted Single Fan »), ou toute autre turbomachine triple-flux.
- De préférence, le compresseur 2 correspond à un compresseur basse-pression ou à un compresseur haute-pression (non représenté). La turbomachine 4 comprend, en outre, d’autre composants non représentés dans la
, tels qu’un compresseur haute-pression, une chambre de combustion et un ou plusieurs niveaux de turbines. La ou les turbines entraînent un rotor 6 en rotation. Le rotor supporte plusieurs rangées d’aubes de rotor 8 associées à des rangées d’aubes de stator 10. La rotation du rotor 6 autour de son axe de rotation X permet ainsi de comprimer un débit d’air progressivement jusqu’à l’entrée de la chambre de combustion. - Une soufflante 12 (partiellement illustrée), est couplée au rotor 6 et génère un flux d’air qui se divise en un flux radialement interne F1, communément appelé flux primaire F1, et en un flux radialement externe F’, pouvant correspondre à un flux secondaire F’ dans le cadre d’une turbomachine double-flux, ou à un flux tertiaire F’ d’une turbomachine 4 du type triple-flux.
- Les flux primaire F1 et externe F’ sont séparés par un bec de séparation 14.
- Les aubes rotoriques 8 peuvent s’étendre radialement depuis un support rotorique 16 pouvant être de type tambour (tambour monobloc aubagé ou tout autre type de support d’un rotor).
- Les aubes statoriques 10 s’étendent essentiellement radialement depuis un carter extérieur 18. Elles peuvent y être fixées et immobilisées à l’aide d’axes de fixation 20. Elles traversent radialement le flux primaire F1.
- Le compresseur basse-pression 2 comprend à l’entrée de la veine 22 de flux primaire F1, une rangée d’aubes 9, 109, 209 statoriques de redressement pouvant être fixes ou à calage variable, communément désignée par aube VSV (pour « Variable Stator Vane »). Le calage variable des aubes 9, 109, 209 peut être assuré au moyen d’un système d’actionnement (non illustré) régulant l’angle formé par les aubes 9, 109, 209 autour d’un axe 24.
- Chaque aube 9, 109, 209 comprend une pale 11 et deux plateformes 26 et disposées aux deux extrémités de la pale 11. Chaque plateforme 26 est pourvue d’un tourillon 28 assurant une liaison pivot avec les carters 18, 30, les plateformes 26 étant logées dans des logements 31 de ces carters 18, 30. Une surface extérieure 18.1 et une surface de guidage inférieure 30.1 délimitent la veine 22.
- Dans cette partie amont de la turbomachine, certains éléments sont sujet au givre. Ainsi, l’aube 9, 109, 209 de l’invention comprend un moyen de dégivrage.
- L’invention ne se limite pas aux aubes VSV 9, 109, 209, mais peut également être appliquée à d’autres aubes, VSV ou non, statoriques ou non.
- La
représente un procédé de fabrication 100 partiel de l’aube 9, 109, 209 de la . Le procédé est « partiel » dans le sens où d’autres étapes peuvent survenir, avant ou après, celles qui sont ici décrites. - Le procédé 100 comprend une première étape 102 correspondant à la fabrication du corps de l’aube par au moins une des techniques de fabrication suivantes : forgeage, fonderie, moulage, usinage, tressage de fibres et/ou fabrication additive. Par exemple, l’aube forgée ou moulée peut être usinée afin d’obtenir les tolérances de fabrication adéquates. Ou l’aube peut être intégralement obtenue par fabrication additive avec ou sans reprise d’usinage.
- L’aube de la présente invention peut être principalement constituée d’un matériau composite à matrice métallique.
- Préférentiellement, le matériau composite à matrice métallique constituant l’aube comprend une base en aluminium renforcée en particules de carbure de silicium (SiC) (10 à 30% de SiC par volume).
- L’aluminium constituant la matrice métallique peut être issue de la série 2xxx (ayant le cuivre comme élément d’alliage principal) ou de la série 6xxx (avec du magnésium et du silicium comme principal alliage).
- Le matériau composite constituant l’aube de l’invention peut correspondre à un ou plusieurs éléments parmi : 2009/SiC/15p-T4, 6092/SiC/17,5p-T6, 6092/SiC/25p-T6, 2124/SiC/25p-T4, etc.
- Alternativement, l’aube peut être constituée à partir d’un matériau composite ayant une base en titane, et plus précisément en alliage de titane du type TA6V.
- Le matériau composite peut avoir une résistance à la fatigue à grand nombre de cycles (« HCF ») qui est très supérieure à celle de l’aluminium, tout en ayant une densité proche de ce dernier. La raideur de l’aube peut ainsi être proche de celle du titane (classiquement utilisé pour fabriquer les aubes de turbomachines) tout en ayant de meilleures propriétés intrinsèques, telle qu’une meilleure conductivité thermique, ce qui est bénéfique pour le dégivrage de l’aube.
- L‘étape 102 de fabrication du corps de l’aube peut comprendre la réalisation d’une rainure optionnelle dans le corps de l’aube et s’étendant en particulier le long de la pale 11, la rainure débouchant sur l’extrados ou sur l’intrados de la pale 11.
- Le procédé 100 comprend ensuite une étape 104 de mise en place ou de dépôt d’un conducteur électrique sur le corps de l’aube fabriquée à l’étape 102.
- Pour les aubes 9 et 109 selon les premier et deuxième modes de réalisation de l’invention illustrés à la
, le conducteur électrique correspond à un câble électrique et l’étape 104 consiste en la mise en place du conducteur électrique sur l’aube, voire dans une rainure établie dans le corps de l’aube. Pour l’aube 209 selon le troisième mode de réalisation illustrée à la , l’étape 104 consiste à déposer le conducteur électrique en projetant une couche de cuivre. - L’étape 106 consiste à recouvrir le conducteur au moyen d’un métal projeté, et l’étape 108 optionnelle consiste à maintenir le câble avant et partiellement pendant sa couverture par du métal. Ces étapes seront discutées plus loin.
- En référence à la
, la pale 11 de l’aube 9, 109 comprend un bord d’attaque 11.1 et un bord de fuite 11.2, ainsi qu’un intrados 11.3 et un extrados 11.4 s’étendant depuis le bord d’attaque 11.1 jusqu’au bord de fuite 11.2. - L’aube 9, 109 comprend un câble électrique 32 constituant le conducteur électrique de dégivrage. Le câble 32 s’étend préférentiellement sur l’intrados 11.3 et suivant un chemin sinueux correspondant sensiblement à un motif en spirale et/ou en serpentin comprenant une partie proximale 32.1 adjacente à la plateforme 26 en tête d’aube et une partie distale 32.2 proche de la plateforme 26 en pied d’aube.
- Le câble 32 peut s’étendre sur toute une surface de la pale 11 ou, comme illustré, être confiné à une moitié amont de la pale 11. Le câble peut s’étendre sur environ 80% (±10%) d’une hauteur H de la pale 11.
- Préférentiellement, le profil de l’aube 9, 109 est élancé avec un ratio H/C (hauteur sur corde) supérieur à 5, et une épaisseur supérieure à 2 mm et inférieure à 4 mm. Par exemple, la hauteur H peut être égale à 200 mm et la corde C peut varier de 20 mm à 40 mm.
- Le câble 32 ne traverse préférentiellement qu’une seule fois la plateforme supérieure 26 pour rejoindre une source électrique (non illustrée). A cet égard, un orifice traversant l’intrados 11.3 et la plateforme 26 peut être disposé au droit de la partie proximale 32.1.
- Optionnellement, et comme illustré en
, un segment du câble peut s’étendre selon l ’axe 24 de pivotement de l’aube 9, 109, ou un axe 11.5 médian de la pale 11. Le câble 32 comprend, en outre, une portion non linéaire 32.3, voisine de la portion proximale 32.1. - Le motif décrit par le câble 32 peut ainsi comprendre un premier segment 33 selon l’axe 11.5, et s’étendant jusqu’à la partie distale 32.2 ; puis un deuxième segment 33.1, parallèle et voisin du bord d’attaque 11.1.
- Un troisième segment 33.2, relié au second 33.1 par une portion arrondie 32.4, peut être intercalé entre les deux premiers segments 33, 33.1. D’autres configurations sont possibles, et cette configuration en « spirale » peut être complétée par des segments supplémentaires.
- Préférentiellement, le troisième segment 33.2 du câble 32 s’étend dans une position centrale entre le premier 33 et le deuxième segment 33.1, de manière à maintenir latéralement (suivant la direction axiale de la turbomachine) une distance identique. Cela permet avantageusement de dégivrer de manière homogène toute la moitié de l’aube 9, 109, chaque unité de surface « voyant » une même densité de câble et donc d’énergie. L’autre partie de l’aube (qui est beaucoup plus fine) sans câble sera néanmoins dégivrée par conduction thermique.
- Le motif en « spirale » du câble 32 se termine préférentiellement par une extrémité libre 32.5. Cette dernière est avantageusement disposée à environ un tiers de la hauteur H mesurée à partir de la plateforme inférieure 26 en pied d’aube 9, 109. Avantageusement, cela permet de garder une densité de surface couverte par le câble 32 qui soit répartie de façon homogène suivant l’étendue radial de l’aube 9, 109, afin de dégivrer de façon uniforme toute la hauteur H la pale.
- Une terminaison libre 32.5 est possible lorsque le câble 32 comprend deux lignes électriques 34 aptes à être reliées entre elles au droit de l’extrémité distale 32.5.
- A cette fin, la
illustre ces lignes 34, la étant une vue partielle en perspective du câble 32 de l’aube de la . - On peut voir que les deux lignes électriques 34 correspondent à deux fils métalliques chauffant 34 qui sont recouverts d’une couche isolante 36, cette dernière étant préférentiellement constituée de poudre de magnésie permettant d’isoler électriquement les deux fils 34 afin de permettre uniquement une diffusion d’énergie thermique vers la pale de l’aube de l’invention.
- Les fils 34 et la couche isolante 36 sont recouverts d’une gaine métallique 38 de protection, ladite gaine 38 pouvant être en inox ou en alliage d’aluminium ou en Inconel® (superalliage contenant principalement du nickel). A cet effet, le câble 32 est avantageusement un câble résistif blindé. Le diamètre de la gaine 38 peut être de l’ordre de 0,5 mm à 2 mm.
- La
est une vue en coupe suivant l’axe A-A de l’aube 9 de la selon le premier mode de réalisation de l’invention. - On peut voir sur la
que l’aube 9 comprend une rainure 40 recevant le câble 32. A cet égard, et en référence au procédé 100 de la , l’étape 104 de mise en place du conducteur électrique dans le corps de l’aube 9 comprend la mise en place du câble 32 dans la rainure 40, et l’étape 102 de fabrication du corps comprend la formation de la rainure 40 dans le corps. - Avantageusement, la rainure 40 permet de faciliter le montage de l’aube 9, d’augmenter la conductivité thermique puisque le câble 32 est noyé dans l’aube 9 entre l’intrados 11.3 et l’extrados 11.4, et de conserver une surface extrados ou intrados lisse et sans aspérité (post reprise d’usinage).
- Préférentiellement, la profondeur de la rainure 40 est constante sur toute l’aube.
- La rainure 40 est recouverte par un matériau de comblement 42 correspondant avantageusement à une poudre métallique qui affleure l’intrados 11.3.
- En effet, le procédé 100 de fabrication de l’aube 9 comprend une étape 108 de recouvrement du conducteur électrique 32 par un matériau métallique. Le revêtement métallique est obtenu par projection dynamique par gaz froid d’une poudre métallique.
- La projection dynamique par gaz froid, aussi qualifiée par sa dénomination anglophone « cold spray », est un procédé d’élaboration de revêtement à partir de poudre en suspension dans un gaz projeté à haute vitesse et se déformant à l’impact.
- La
schématise le principe de la formation du matériau métallique par le procédé cold spray. - La partie gauche de la
illustre la projection d’une particule 44 de poudre métallique à l’état solide comprenant une taille allant de 10 µm à 100 µm, et projetée à une vitesse comprise entre 300 à 1400 m/s. Un impact supersonique S sur un substrat 46 est attendu. Dans le cadre de l’invention, le substrat 46 est le corps de l’aube 9, 109, 209 ainsi que le conducteur électrique. - On peut voir au niveau de la partie centrale de la
que l’impact supersonique a causé une déformation plastique 47 de la particule 44 et du substrat 46, cette déformation est suivie d’une génération de chaleur transférée à travers le substrat 46. Dans cette configuration, une projection successive de particules 44 génère une déformation successive desdites particules 44 suivie d’un transfert de chaleur isotrope, formant ainsi une couche 48 comprenant des particules 44 liées par déformation plastique. - Les éléments de poudre successifs s’agglomèrent sans cavité entre eux. Ils deviennent mécaniquement et métallurgiquement solidaires via leur déformation plastique.
- Il est ainsi possible de déceler ce procédé de fabrication sur la pièce finie, de par l’observation des grains déformés et l’absence de cavité entre des strates successives résultant de la déformation plastique à l’impact.
- La
illustre une vue en coupe agrandie de la , montrant en particulier le câble 32 dans sa rainure 40. - Le conducteur électrique 32 est recouvert du matériau métallique 42 projeté par le procédé cold spray. Préférentiellement, la poudre métallique du matériau 42 recouvrant le câble 32 est constituée principalement d’aluminium, ce dernier étant préférentiellement issu de la série 1xxx (avec au moins 99% d’aluminium) ou de la série 2xxx ou 6xxx, et cela avec ou sans chargement en billes de carbure de silicium (SiC) et/ou en billes d’alumine (Al2O3) et/ou en d’autres charges.
- Le chargement en SiC et/ou en Al2O3 et/ou d’autres charges peut être choisi en fonction de la pression utilisée lors du cold spray. En effet, le cold spray est réalisé au moyen d’un gaz inerte (azote et/ou hélium) ou d’air pressurisé entre 4 et 60 bars chauffé entre 500°C et 1000°C. On parle de haute pression quand le gaz est entre 10 et 60 bars, le chargement en billes devient alors facultatif et l’aluminium est de préférence de la série 6xxx.
- Pour la présente invention, le cold spray à basse pression est privilégié, notamment entre 3 et 10 bars, la poudre étant propulsée à une vitesse d’environ 300 à 800 m/s. Cela permet de manière avantageuse d’éviter l’endommagement de la gaine 38 du câble 32 et d’avoir un cordon étroit de matière déposé.
- Le cold spray permet de garantir une bonne adhérence du matériau 42 sur l’aube, ledit matériau 42 projeté étant compact et dense (avec un taux de porosité généralement inférieur à 1%), permet de maintenir et de protéger efficacement le conducteur électrique.
- Le matériau 42 peut être apte à subir un traitement de surface de l’aube, par exemple, une anodisation.
- Le matériau 42 peut affleurer la surface de l’aube. Alternativement, le matériau 42 peut dépasser la rainure 40 pour venir couvrir une partie ou toute la surface 11.3 de l’aube 9.
- Le remplissage visé de la rainure 40 est complet, c’est-à-dire que l’aube est dépourvue de cavité. Le câble 32 et le matériau de remplissage 42 peuvent être les deux seuls éléments dans la rainure.
- La
illustre une rainure 40 ayant un fond hémisphérique, de diamètre légèrement supérieur au diamètre externe du câble 32. Le fond peut alternativement être droit. - Le câble 32 peut optionnellement être surgainé pour le protéger encore d’avantage lors de l’étape de cold spray ou pour faciliter le maintien du câble par déformation de la gaine ou pour limiter le nombre de matériaux en contact.
- Les flancs de la rainure 40 peuvent être droits, de sorte que le profil de la rainure 40 est un U. Alternativement (voir pointillés sur la
), le profil de la rainure (noté 41) peut être en V ou en Y (type entonnoir). - Une forme en V permet une plus grande flexibilité dans le choix de la direction de la projection durant le cold spray.
- De préférence, les parois latérales de la rainure 41 en V ont une inclinaison par rapport à la direction perpendiculaire à l’intrados 11.3 qui est comprise entre 10° et 60°.
- Le câble 32 est maintenu au plus près du fond. A cet égard, et en référence au procédé 100 de la
, le procédé comprend postérieurement à l’étape 104 de mise en place du câble dans la rainure, et en parallèle de la projection cold spray une étape 108 de maintien en position du câble 32. Le maintien en position 108 débute avant le cold spray 106 et peut s’achever avant de terminer l’étape de cold spray 106. L’étape de maintien 108 peut comprendre le maintien du câble 32 dans la rainure 40. Différentes techniques peuvent être employées, comme par exemple : collage ; brasage ; surgainage ; mise en place de pontets ; matage de la rainure ; utilisation d’une roue combinée à l’outil de projection par gaz froid, microsoudure. - Par exemple, quelques points de colle ou de brasage peuvent être faits pour maintenir le câble dans la rainure, puis l’étape de cold spray est effectuée.
- Dans une variante, quelques pontets peuvent être disposés à des intervalles réguliers sur le chemin de câble 32, puis, petit à petit lors du cold spray, les pontets devenus superflus sont enlevés.
- Dans une variante, un surgainage vient coincer la gaine du câble dans le fond de la rainure.
- Dans une autre variante les flancs de la rainure sont matés (déformés plastiquement), localement, pour réduire l’ouverture de la rainure et empêcher au câble d’en sortir.
- Une autre technique possible consiste à mater un fil au-dessus du câble 32. Le fil peut être en aluminium ou en nickel (ou tout autre matériau malléable). Le fil maté maintient le câble 32 au fond de la rainure. S’en suit le cold spray, le fil étant noyé dans la matière avec le câble 32.
- D’autres alternatives pour maintenir le câble 32 comprennent la réalisation d’un microsoudage laser ou de points de brasage tendre ; ou la réalisation de points de soudure via un condensateur à bille (microliaison soudée).
- Enfin toute combinaison d’au moins deux de ces techniques peut être envisagée.
- La
est une vue en coupe de l’aube de la suivant l’axe A-A. Dans ce deuxième mode de réalisation de l’invention, les numéros sont incrémentés de 100 pour désigner des éléments distinctifs ou présentant des différences par rapport au premier mode de réalisation de la . - L’aube 109 comprend une rainure 140 recevant le câble 32. Contrairement à l’exemple de la
, la rainure 140 ne suit pas le chemin parcouru par le câble 32 puisque la rainure 40 est suffisamment large pour recevoir l’intégralité du motif en serpentin (ou d’autre forme). - Avantageusement, la rainure 140 peut être rapidement comblée par le matériau métallique 42, par exemple, au moyen d’une buse de projection de l’outil réalisant le cold spray qui est plus grande que celle réalisant la projection sur l’aube 9.
- Dans cette configuration, le volume de poudre projeté pour constituer le matériau 42 peut atteindre jusqu’à 50% du volume total de l’aube 109.
- A cet égard, l’aube 109 peut être obtenue au moyen de la succession des étapes 102, 104, 106 et 108 du procédé 100 illustré à la
, similairement à l’aube 9 selon le premier mode de réalisation. - On peut voir que le fond 140.1 de la rainure 140 est plat, et le câble 32 est directement déposé sur le fond plat 140.1. Une rainure plus grande par rapport à la
permet ici une plus grande tolérance de fabrication sur la rainure et une plus grande facilité pour insérer le câble dans la rainure. - La
est une vue en coupe de l’aube 209 de la suivant l’axe A-A selon un troisième mode de réalisation de l’invention. - L’aube 209 peut comprendre la rainure 140 similairement à l’aube 109. Dans cette configuration, le conducteur électrique 232 de l’aube 209 correspond à une couche en poudre de cuivre projetée au moyen d’une projection dynamique par gaz froid. Avantageusement, le conducteur 232 comprend une excellente conductivité thermique grâce au cuivre qui la constitue.
- A cet effet, l’étape 104 consiste, pour l’aube 209 à déposer le conducteur électrique 232. L’étape 106 du procédé 100 illustré à la
consiste dans ce cas à recouvrir la couche de cuivre d’une poudre métallique projetée par gaz froid. Dans cette configuration, le conducteur électrique 232 projeté n’a pas besoin d’un maintien en position (étape 108) avant son recouvrement par le matériau métallique 42. - Le conducteur électrique 232 peut rejoindre la source électrique (non illustrée) au moyen d’un orifice traversant l’intrados et la plateforme de manière similaire aux premier et deuxième modes de réalisation de l’invention.
- Une isolation électrique (non représentée) peut être disposée entre le conducteur électrique 232 et le matériau 42 afin d’isoler électriquement ce dernier. Cette isolation peut correspondre à une couche en poudre de magnésie.
- Si la
illustre un profil large pour la couche de cuivre – et donc une bande plutôt qu’une trajectoire linéaire, la couche de cuivre peut alternativement être plus étroite et décrire une trajectoire comme celle de la . - Alternativement au matériau métallique projeté par cold spray, le conducteur électrique peut être couvert par brasage. La brasure permet d’assurer un bon transfert thermique entre le conducteur dégivrant et l’aube. Une reprise d’usinage optionnelle (polissage par exemple) peut être nécessaire.
- Une autre alternative au matériau métallique projeté par cold spray peut être l’injection de résine pour assurer le recouvrement du conducteur électrique.
- Il est à noter que l’invention a été présentée pour le dégivrage d’une aube mais l’homme du métier adapterait les mêmes enseignements pour dégivrer toute autre partie de la turbomachine (virole, carter, bras structuraux, bec de séparation du flux, etc.), en déposant un conducteur électrique puis en le recouvrant par projection par gaz froid.
Claims (15)
- Aube (9 ; 109 ; 209) de turbomachine (4) caractérisée en ce qu’elle comprend un conducteur électrique (32 ; 232) intégralement recouvert de matériau métallique (42) formé par projection dynamique par gaz froid d’une poudre métallique.
- Aube (9 ; 109 ; 209) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau métallique (42) est constitué d’aluminium chargé en carbure de silicium et/ou en alumine et/ou contient d’autres charges.
- Aube (9 ; 109 ; 209) selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu’à l’exception du conducteur électrique (32 ; 232) et du matériau métallique (42), l’aube (9 ; 109 ; 209) est principalement constituée d’un matériau composite à matrice métallique à base d’aluminium.
- Aube (9 ; 109 ; 209) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le conducteur électrique (32 ; 232) décrit un motif avec une extrémité libre (32.5).
- Aube (9 ; 109 ; 209) selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le matériau métallique (42) s’étend au plus sur une moitié de l’épaisseur de l’aube.
- Procédé (100) de fabrication d’une aube (9 ; 109 ; 209) de turbomachine (4), le procédé (100) comprenant :
- la fabrication (102) d’un corps par forgeage, fonderie, usinage et/ou fabrication additive ;
- la mise en place (104) ou le dépôt d’un conducteur électrique (32 ; 232) sur le corps ; et
- le recouvrement (108) du conducteur électrique (32 ; 232) par projection dynamique par gaz froid d’une poudre métallique. - Procédé (100) selon la revendication 6, caractérisé en ce que la fabrication du corps comprend la formation d’une rainure (40 ; 41 ; 140) dans le corps, l’étape de mise en place (104) ou de dépôt étant telle que le conducteur électrique (32) est mis en place ou déposé dans la rainure (40 ; 41 ; 140).
- Procédé (100) selon la revendication 7, caractérisé en ce que la rainure (40 ; 41 ; 140) comprend un profil en U ou en V ou en entonnoir en forme de Y.
- Procédé (100) selon l’une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que le recouvrement (108) est tel que le matériau métallique (42) résultant de la projection dynamique par gaz froid d’une poudre métallique remplit la rainure (40 ; 41 ; 140) et affleure la surface (11.3) de l’aube (9 ; 109 ; 209), ou alternativement déborde de la rainure (40 ; 41 ; 140).
- Procédé (100) selon l’une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que le recouvrement (108) est réalisé à basse pression, le gaz étant préférentiellement porté à une pression comprise entre 3 et 10 bar.
- Procédé (100) selon l’une des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que le conducteur électrique (32) comprend deux lignes électriques (34) enrobées d’une gaine (38) isolante.
- Procédé (100) selon l’une des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que le conducteur électrique (232) est constitué d’une couche en poudre de cuivre projetée au moyen d’une projection dynamique par gaz froid.
- Procédé (100) selon l’une des revendications 6 à 11, caractérisé en ce qu’il comprend une étape (106) de maintien en position du conducteur électrique (32) sur le corps et éventuellement dans la rainure (40 ; 41 ; 140), ledit maintien (106) étant assuré par au moins un des moyens suivants : collage ; brasage ; surgainage ; mise en place de pontets ; matage de la rainure (40 ; 41 ; 141) ; utilisation d’une roue combinée à l’outil de projection par gaz froid ; microsoudure.
- Procédé (100) selon l’une des revendications 6 à 13, caractérisé en ce que le recouvrement est tel que le matériau métallique (42) résultant de la projection dynamique par gaz froid d’une poudre métallique constitue en volume au plus 50% du volume total de l’aube (9 ; 109 ; 209).
- Compresseur (2) de turbomachine (4) comprenant une aube (9 ; 109 ; 209), le compresseur étant caractérisé en ce que l’aube (9 ; 109 ; 209) est selon l’une des revendications 1 à 5 ou est fabriquée au moins partiellement par le procédé selon l’une des revendications 6 à 14.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BE20225941A BE1031055B1 (fr) | 2022-11-22 | 2022-11-22 | Aube de turbomachine avec conducteur électrique de dégivrage et procede de fabrication associé |
| PCT/EP2023/079744 WO2024110140A1 (fr) | 2022-11-22 | 2023-10-25 | Aube de turbomachine avec conducteur électrique de dégivrage et procede de fabrication associé |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EP4623189A1 true EP4623189A1 (fr) | 2025-10-01 |
Family
ID=84365588
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EP23794389.9A Pending EP4623189A1 (fr) | 2022-11-22 | 2023-10-25 | Aube de turbomachine avec conducteur électrique de dégivrage et procede de fabrication associé |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP4623189A1 (fr) |
| CN (1) | CN120457266A (fr) |
| BE (1) | BE1031055B1 (fr) |
| WO (1) | WO2024110140A1 (fr) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| BE1032867B1 (fr) | 2024-08-21 | 2026-03-30 | Safran Aero Boosters | Procédé de fabrication d'une aube équipée d'un élément chauffant, aube obtenue par ce procédé et turbomachine d'aéronef comprenant cette aube |
| BE1032899B1 (fr) | 2024-08-26 | 2026-04-14 | Safran Aero Boosters | Aube équipée d'un élément chauffant |
| FR3166169A1 (fr) | 2024-09-12 | 2026-03-13 | Safran Aircraft Engines | Pièce de turbomachine d’aéronef comportant un revêtement conducteur thermique améliorant la conductivité thermique d’un corps métallique |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060134321A1 (en) * | 2004-12-22 | 2006-06-22 | United Technologies Corporation | Blade platform restoration using cold spray |
| US8444377B2 (en) * | 2009-10-07 | 2013-05-21 | General Electric Company | Method for attaching a connector to deposited material |
| US10167727B2 (en) * | 2014-08-13 | 2019-01-01 | United Technologies Corporation | Gas turbine engine blade containment system |
| US10113559B2 (en) * | 2014-10-14 | 2018-10-30 | United Technologies Corporation | Gas turbine engine impact liner |
| BE1024039B1 (fr) | 2016-04-08 | 2017-11-06 | Safran Aero Boosters S.A. | Aube degivrante de compresseur de turbomachine axiale |
| US10815885B2 (en) * | 2018-07-26 | 2020-10-27 | Raytheon Technologies Corporation | Anti-ice systems for engine airfoils |
| US11519278B2 (en) * | 2021-03-05 | 2022-12-06 | General Electric Company | Rotor blade retention system for a gas turbine engine |
-
2022
- 2022-11-22 BE BE20225941A patent/BE1031055B1/fr active IP Right Grant
-
2023
- 2023-10-25 CN CN202380087492.XA patent/CN120457266A/zh active Pending
- 2023-10-25 EP EP23794389.9A patent/EP4623189A1/fr active Pending
- 2023-10-25 WO PCT/EP2023/079744 patent/WO2024110140A1/fr not_active Ceased
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BE1031055B1 (fr) | 2024-06-17 |
| CN120457266A (zh) | 2025-08-08 |
| BE1031055A1 (fr) | 2024-06-13 |
| WO2024110140A1 (fr) | 2024-05-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| BE1031055B1 (fr) | Aube de turbomachine avec conducteur électrique de dégivrage et procede de fabrication associé | |
| CA2844240C (fr) | Procede de realisation d'un renfort de protection du bord d'attaque d'une pale | |
| EP3429787B1 (fr) | Procede de fabrication d'une plaque abradable et de reparation d'un anneau de turbine | |
| EP2078824B1 (fr) | Aube à pales dédoublées, roue aubagée et turbomachine associées | |
| FR2969022A1 (fr) | Composant de turbine avec un passage de refroidissement pres de la surface et procede de fabrication | |
| EP2025872B1 (fr) | Secteur de distributeur de turbine | |
| EP3429784B1 (fr) | Procede de fabrication d'un anneau de turbine pour turbomachine | |
| EP3604740B1 (fr) | Aube composite à armature métallique et son procédé de fabrication | |
| EP3313597A1 (fr) | Procede de fabrication d'une aube comportant une baignoire integrant un muret | |
| EP3707297B1 (fr) | Procede de fabrication d'une barriere thermique sur une piece d'une turbomachine | |
| EP4429842A1 (fr) | Procédé de fabrication d'un dispositif de protection métallique du bord d'attaque d'une aube intégrant un système de dégivrage et dispositif de protection obtenu par ce procédé | |
| EP2519663B1 (fr) | Procede de depot par voie electrolytique d'un revetement composite a matrice metallique contenant des particules pour la reparation d'une aube metallique | |
| BE1032627B1 (fr) | Procédé de maintien d'un conducteur électrique de dégivrage ou d'anti-givrage sur une aube de turbomachine | |
| EP2591138B1 (fr) | Barriere thermique pour aube de turbine, a structure colonnaire avec des colonnes espacees | |
| FR3141722A1 (fr) | Aube en materiau composite et son procede de fabrication | |
| FR3158536A1 (fr) | Aube comportant un corps metallique et un noyau non metallique et procédé de fabrication d’une telle aube | |
| FR3150832A1 (fr) | Aube en matériau composite comportant un element de serrations et procédé de fabrication d’une telle aube | |
| FR3160610A1 (fr) | Preforme fibreuse d’une aube en matériau composite comportant un element de serrations et procédé de fabrication d’une telle aube | |
| FR3142779A1 (fr) | Aube pour turbomachine comprenant un systeme barriere thermique et son procede de fabrication | |
| FR3156830A1 (fr) | Aube pour une turbomachine d’aeronef et procede de fabrication de l’aube | |
| WO2026057940A1 (fr) | Aube de soufflante d'une turbomachine d'aeronef comportant un revetement conducteur thermique antigivrage | |
| FR3154142A1 (fr) | Aube de rotor pour une turbomachine | |
| WO2025078748A1 (fr) | Aube de redresseur pour un redresseur d'entrée de turbomachine d'aéronef, procédé de fabrication d'une aube de redresseur pour un redresseur d'entrée de turbomachine d'aéronef, et turbomachine pour aéronef | |
| FR3138468A1 (fr) | Bouclier de bord d’attaque metallique pour aube de turbomachine, aube de turbomachine, procede de fabrication et d’utilisation | |
| FR3158538A1 (fr) | Aube comportant un corps metallique et une enveloppe externe recouvrant une structure ajouree et/ou en treillis du corps metallique |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: UNKNOWN |
|
| STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE |
|
| PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012 |
|
| STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE |
|
| 17P | Request for examination filed |
Effective date: 20250526 |
|
| AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR |
|
| DAV | Request for validation of the european patent (deleted) | ||
| DAX | Request for extension of the european patent (deleted) |