FR2478734A1 - Procede de reparation d'aubes de moteur a turbines a gaz et element pour une telle reparation - Google Patents

Procede de reparation d'aubes de moteur a turbines a gaz et element pour une telle reparation Download PDF

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Abstract

PROCEDE EVITANT L'EMPLOI DU SOUDAGE PAR FUSION. IL CONSISTE A ENLEVER DE L'AUBE 10 UN MORCEAU D'AUBE COMPRENANT AU MOINS UNE PARTIE DE LA PAROI 18 DU BORD D'ATTAQUE, UNE PARTIE DE LA PAROI 22 DU CORPS DE LA PALE, RELIEE A CETTE PARTIE DE LA PAROI 18 DU BORD D'ATTAQUE, ET UNE PARTIE D'AU MOINS UNE PLATE-FORME STRUCTURALE 12, 14 RELIEE A CETTE PARTIE DE LA PAROI 18 DU BORD D'ATTAQUE; CET ENLEVEMENT DU MORCEAU D'AUBE REALISANT SUR L'AUBE 10 UNE PREMIERE SURFACE 28 D'ALIGNEMENT ET DE LIAISON LE LONG D'UN CHEMIN PREDETERMINE 26 OU, DURANT LE FONCTIONNEMENT DE LA PALE 16 DANS UN MOTEUR A TURBINE A GAZ, LES CONTRAINTES MECANIQUES SONT RELATIVEMENT FAIBLES; REALISER UN ELEMENT DE REMPLACEMENT 24 FAIT SENSIBLEMENT DU MEME TYPE DE MATERIAU ET DONT LA TAILLE ET LA FORME CORRESPONDENT EXACTEMENT A CELLES DU MORCEAU D'AUBE ENLEVE, L'ELEMENT DE REMPLACEMENT 24 COMPRENANT UNE SECONDE SURFACE 30 D'ALIGNEMENT ET DE LIAISON QUI CORRESPOND EXACTEMENT A LA PREMIERE SURFACE 28 D'ALIGNEMENT ET DE LIAISON; PLACER LA PREMIERE 28 ET LA SECONDE 30 SURFACE D'ALIGNEMENT ET DE LIAISON EN COINCIDENCE L'UNE AVEC L'AUTRE; PUIS, REALISER UNE LIAISON METALLURGIQUE ENTRE L'ELEMENT DE REMPLACEMENT 24 ET L'AUBE 10 AU NIVEAU DES SURFACES 28, 30 D'ALIGNEMENT ET DE LIAISON. APPLICATION AUX AUBES REFROIDIES PAR AIR.

Description

247B734
L'invention concerne, d'une manière générale, des aubes
refroidies par air de moteur à turbine à gaz et, plus parti-
culièrement, un procédé et un élément de remplacement amélio-
rés pour la réparation de ces aubes dans la zone de leur bord d'attaque. En résumé, une forme du procédé de la présente invention
concerne la réparation d'une aube refroidie par air d'un mo-
teur à turbine à gaz qui comporte une plateforme structurale
inférieure et une plateforme structurale extérieure, distan-
tes l'une de l'autre, et une pale entre les deux. La pale a une paroi de bord d'attaque, un bord de fuite,et, entre les
deux, une paroi de corps de pale, l'ensemble délimitant un in-
térieur creux de la pale. Dans la mise en pratique du procé-
dé, on enlève d'abord de l'aube un morceau d-aube qui comprend au moins une partie de la paroi du bord d'attaque, une partie de la paroi du corps de la pale reliée à la paroi du bord
d'attaque, et une partie d'au moins une plateforme structura-
le reliée à la paroi du bord d'attaque. Le morceau d'aube ain-
si retiré fournit une première surface d'alignement et de liaison qui suit sur l'aube un chemin présélectionné o les contraintes mécaniques sont relativement faibles durant le
fonctionnement de l'aube dans un moteur à turbine à gaz.
Dans ce procédé de réparation, on réalise un élémeftt de rem-
placement fait sensiblement du même type de matériau et dont la taille et la forme sont les mêmes que ceux du segment
d'aube enlevé. Cet élément de remplacement comporte une se-
conde surface d'alignement et de liaison qui correspond exac-
tement à la première surface d'alignement et de liaison de l'aube. La première et la seconde surface d'alignement et de
liaison sont mises en coïncidence, puis on réalise une liai-
son métallurgique au niveau de ces surfaces par un procédé
sans fusion de métal.
La description qui va suivre se réfère aux figures anne-
xées, qui représentent respectivement: Fig. 1, une vue partielle, en perspective, d'une partie d'une aube de turbine de moteur à turbine à gaz, avec une vue éclatée d'un élément de remplacement;
Fig. 2, une vue partielle, en perspective, du type d'au-
be de la figure 1, avec une vue éclatée d'une autre réalisa-
tion de l'élément de remplacement;
Fig. 3, une vue partielle d.'une pale et d'une platefor-
me intérieure de l'aube, dans une autre réalisation de l'élé-
ment de remplacement; et Fig. 4, une vue partielle d'encore une autre réalisation
suivant la présente invention.
Dans la description qui suit, et dans les dessins, les
mêmes numéros représentent toujours les mêmes pièces. En se
référant plus particulièrement à la vue éclatée, en perspecti-
ve et partiellement en coupe, de la figure 1, on voit en 10 une partie d'une aube refroidie par air d'un moteur à turbine à gaz. Cette aube comporte une plateforme intérieure 12, une plateforme extérieure 14, située à une certaine distance, et, fixée entre les deux, une pale 16. La pale 16 a une paroi 18 de bord d'attaque, un bord de fuite 20 et une paroi 22 de corps de pale. La paroi du bord d'attaque, la paroi du corps de la pale et le bord de fuite délimitent un intérieur creux
de la pale. Habituellement, des ouvertures permettant le pas-
sage d'un fluide de refroidissement sont ménagées dans les parois de la pale, comme par exemple dans le brevet des Etats Unis d'Amérique No 3.628. 880. Toutefois, on ne décrira pas ici ces ouvertures, pour simplifier la présentation et parce
qu'elles ne font pas partie de l'invention.
Comme indiqué plus haut, la paroi 18 du bord d'attaque de la pale peut s'user, être endommagée ou mise en danger
pendant le fonctionnement d'une telle aube. Suivant le procé-
dé de la présente invention, on retire de l'aube un morceau
d'aube ayant la taille et la forme de l'élément de remplace-
ment 24; cet enlèvement se fait le long d'un chemin présé-
lectionné 26 (représenté par une ligne en traits interrompus
sur la figure 1) dont on a constaté que les contraintes méca-
niques y sont relativement faibles durant le fonctionnement de l'aube dans un moteur à turbine à gaz. Par exemple, durant
le fonctionnement, une force de flexion relativement impor-
tante est appliquée sur la pale 16, de manière générale sur la paroi du corps de la pale, en direction du bord de fuite et de la plateforme intérieure 12. Il en résulte une zone de contraintes mécaniques relativement élevées en direction
de la paroi 18 du bord d'attaque proche de la plateforme ex-
térieure 14. On a constaté en outre l'existence d'une zone de contraintes relativement faibles sur la paroi du bord d'attaque, assez près de la plateforme intérieure 12, mais sans la toucher. Ainsi, pour la réalisation de l'aube de la
figure 1, le chemin présélectionné o les contraintes mécani-
ques sont relativement faibles est celui représenté en 26 par
une ligne en traits interrompus. L'enlèvement de la partie dé-
limitée par le chemin 26 fournit une première surface 28 d'a-
lignement et de liaison.
Suivant la présente invention, on réalise un élément de remplacement 24, fait sensiblement du même type de matériau et dont la taille et la forme sont les mêmes que celles du morceau d'aube enlevé délimité par le chemin présélectionné 26. L'élément de remplacement 24 comporte une seconde surface d'alignement et de liaison qui correspond exactement à la première surface 28 d'alignement et de liaison, de façon à
permettre la mise en coïncidence étroite de l'élément de rem-
placement 24 et de l'aube 10. Il est commode de réaliser l'é-
lément de remplacement 24 par fonderie de précision classique, par exemple par le procédé de "moulage à la cire perdue"
d'emploi courant pour fabriquer les aubes.
Une autre caractéristique du procédé de la présente in-
vention concerne le chemin présélectionné 26 et l'étendue de O l'élément de remplacement 24: le chemin présélectionné 26 (et donc la taille et la forme de l'élément de remplacement 24) pénètre au moins dans une plateforme (par exemple 14 sur
la figure 1). C'est nécessaire pour faire passer dans la struc-
ture de montage l'effort exercé sur la pale par le flux de gaz. Cette assurance d'avoir un bon transfert de charge est particulièrement importante quand la réparation porte sur la première des deux aubes d'un segment à aubes, par exemple l'aube de gauche de la figure 1. Ainsi, une caractéristique importante de la présente invention est la réalisation d'un élément de remplacement qui comprend deux parties: une qui remplace un morceau de la pale et que l'on lie le long de
lignes o les contraintes mécaniques sont relativement fai-
24783 4
bles, et une qui transfère des charges entre cette partie de
remplacement liée-et un élément de structure situé à l'exté-
rieur de la pale, auquel elle est reliée.
Une autre réalisation de la présente invention est repré-
sentée sur la vue éclatée, partielle et en perspective, de la figure 2. Dans cette réalisation, on remplace la totalité du bord d'attaque de la pale. De plus, on a enlevé des parties des deux plateformes structurales et on les a incluses dans
l'élément de remplacement. On remarquera que les parties en-
levées de la plateforme (plateforme 14 de la figure 1 et pla-
teformes 12 et 14 de la figure 2) ne traversent pas complète-
ment le bord avant de la plateforme (rail 14a de la figure 1
et rails 12a et 14a de la figure 2). On recommande cette dis-
position pour maintenir l'intégrité de ces structures et, particulièrement dans le cas du rail 14a, pour éviter le remplacement d'une partie d'un élément de structure dont les
limites de tolérance ont une importance particulière.
La figure 3 représente encore une autre réalisation de
la présente invention. Cette réalisation comporte la présé--
lection du chemin 26 pour réaliser un élément de remplacement ayant un bout 30a de la partie de la paroi du bord d'attaque qui fait partie de la surface d'alignement et de liaison et dont le biseau, s'éloignant du bord d'attaque situé le plus
en avant et regardant vers la plateforme 12 voisine, est di-
rigé vers la paroi 22 du corps de la pale. Ainsi, le bout 30a a son biseau dirigé vers le bord-de fuite 20 et se trouve à
l'opposé de la partie 14b de plateforme de l'élément de rem-
placement de la figure 1. Cette disposition verrouille le bord d'attaque de l'élément de remplacement sur la partie du bord d'attaque qui reste dans la pale de l'aube. De plus,
grâce à cela, les charges appliquées sur l'élément de rempla-
cement qui tendraient à écarter celui-ci de la pale, en le faisant tourner autour d'un centre situé sur la plateforme extérieure 14, passent de la pale à l'aube restée en place, à travers sa partie restante de pale. Ainsi, dans la réalisation
de la figure 3, non seulement l'élément de remplacement trans-
fère les charges à-la plateforme structurale extérieure 14,
mais aussi a une configuration telle que toute charge supplé-
mentaire de flexion ou de rotation est transférée à l'aube restée en place, ceci au niveau de la partie de l'élément de remplacement située à l'opposé de la plateforme. Ce type de
structure n'est, bien entendu, pas mis en oeuvre dans la réa-
lisation de la figure 2, car dans ce cas les charges sont transférées de la pale à chacune des plateformes structurales
12 et 14.
On voit encore une autre réalisation de la présente in-
vention sur la vue partielle de la figure 4, o la partie
14b de la plateforme extérieure 14 n'est pas complètement en-
levée comme sur la figure 1, mais seulement partiellement en-
levée. Ainsi, on réalise sur la plateforme 14 une face impor-
tante, contiguë au rail 14a, pour l'alignement et la liaison
au niveau de cette partie de la plateforme extérieure 14. Com-
me indiqué plus haut, l'élément de remplacement destiné à la
réalisation de la figure 4 a une taille et une forme qui cor-
respondent exactement à celles de la partie enlevée de l'aube, y compris la portion de la partie 14b qui délimite une partie
de la surface (de paroi) d'alignement et de liaison.
Dans une évaluation de la présente invention, on a uti-
lisé une configuration d'aube d'emploi courant dans les mo-
teurs à turbine à gaz.
Pour commencer, on a enlevé une partie de la paroi du bord d'attaque et de la plateforme extérieure le long d'un
chemin présélectionné 26 (cf. figure 1); le procédé d'usina-
ge utilisé était l'électroérosion, d'emploi courant en techni-
que d'enlèvement de matière. L'aube évaluée ayant fonctionné dans un moteur à turbine à gaz, on a ensuite nettoyé ce qui restait de l'aube en éliminant la contamination superficielle et les revêtements tels que ceux appliqués pour rendre les aubes résistantes à l'oxydation et à la sulfuration. Bien que
cette élimination puisse se faire par un grand nombre de pro-
cédés connus, l'évaluation comprenait l'emploi d'un procédé
décrit dans le brevet des Etats Unis d'Amérique No 4.098.450.
Ce procédé comporte la mise en contact de la surface avec des
ions fluorures actifs gazeux pour en éliminer les oxydes.
En raison du chemin prépélectionné, on a réalisé par fon-
derie de précision (moulage à la cire perdue), en l'alliage René 80, un élément de remplacement dont la configuration correspondait exactement à celle du morceau
d'aube enlevé. L'élément de remplacement a été mis en coin-
cidence avec l'aube au niveau des surfaces dont on avait en-
levé de la matière, en respectant un intervalle relativement
étroit et réglé. Après quoi, on a lié l'élément de remplace-
ment à l'aube au moyen d'un mélange de poudre de liaison à
base de nickel indiquée plus haut et d'une poudre de l'allia-
ge René 80 indiqué plus haut, le procédé utilisé étant le bra-
sage sous vide. On a obtenu ainsi une aube réparée ayant un élément de remplacement fixé de façon sûre, par une liaison métallurgique au niveau de son bord d'attaque, à au moins une
de ses plateformes structurales.
Comme indiqué plus haut, la liaison de l'élément de rem-
placement au reste de l'aube se fait sans fusion de métal, par exemple par brasage sous vide, brasage eutectique, compression isostatique à chaud et liaison par diffusion. On s'est rendu
compte que la liaison par fusion de métal, par exemple le sou-
dage par fusion, peut faire naître de contraintes supplémen-
taires au voisinage du joint séparant l'élément de remplace-
ment et l'aube, et provoquer finalement des fissures et des
distorsions. Par conséquent, l'expression "liaison métallurgi-
que" utilisée ici exclut formellement les procédés de liaison
par fusion de métal.

Claims (5)

R E V E N D I C A T IO N S
1 - Procédé pour réparer une aube (10) refroidie par air
de moteur à turbine à gaz comportant une plateforme structura-
le intérieure (12) et une plateforme structurale extérieure (14), distantes l'une de l'autre, et une pale (16) entre les deux, la pale (16) ayant une paroi (18) du bord d'attaque, un bord de fuite (20) et, entre les deux, une paroi (22) de corps de pale qui délimitent ensemble un intérieur creux de la pale
(16), procédé caractérisé en ce qu'il consiste à: -
enlever de l'aube (10) un morceau d'aube comprenant au
moins une partie de la paroi (18) du bord d'attaque, une par-
tie de la paroi (22) du corps de la pale, reliée à cette par-
tie de la paroi (18) du bord d'attaque, et une partie d'au
moins une plateforme structurale (12, 14) reliée à cette par-
tie de la paroi (18) du bord d'attaque; cet enlèvement du morceau d'aube réalisant sur l'aube (10) une première surface (28) d'alignement et de liaison le
long d'un chemin prédéterminé (26) o, durant le fonctionne-
ment de la pale (16) dans un moteur à turbine à gaz, les contraintes mécaniques sont relativement faibles;
réaliser un élément de remplacement (24) fait sensible-
ment du même type de matériau et dont la taille et la forme correspondent exactement à celles du morceau d'aube enlevé,
l'élément de remplacement (24) comprenant une seconde surfa-
ce (30) d'alignement et de liaison qui correspond exactement à la première surface (28) d'alignement et de liaison;
placer la première (28) et la seconde (30) surface d'a-
lignement et de liaison en coïncidence l'une avec l'autre; puis, réaliser une liaison métallurgique entre l'élément de remplacement (24) et l'aube (10) au niveau des surfaces (28,
) d'alignement et de liaison.
2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que
le morceau d'aube enlevé de l'aube comprend: une premiè-
re partie de la paroi (18) du bord d'attaque qui est plus
courte que la longueur totale de la paroi (18) du bord d'at-
taque entre les plateformes intérieure (12) et extérieure (14), si bien qu'il reste-sur l'aube (10) une seconde partie de la paroi (18) du bord d'attaque; une partie de la paroi (22) du corps de la pale, reliée à la première partie de la paroi (18) du bord d'attaque; et une partie d'une première (14) des plateformes structurales (12, 14), reliée à la première partie de la paroi (18) du bord d'attaque; une partie du chemin présélectionné (26) se trouve entre la première partie de la paroi (18) du bord d'attaque et la
seconde partie de la paroi (18) du bord d'attaque, et est in-
clinée vers le bord de fuite (20) et vers une seconde (12) des plateformes structurales (12, 14); et l'élément de remplacement (24) réalisé a la même taille et la même forme que le morceau d'aube enlevé, si bien que la
partie de la paroi (18) du bord d'attaque de l'élément de rem-
placement (24) est immobilisée par la seconde partie de la
paroi (18) du bord d'attaque restée sur l'aube.
3 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en
ce que le morceau d'aube comporte des parties tant de la pla-
teforme intérieure (12) que de la plateforme extérieure (14), la totalité de la paroi (18) du bord d'attaque située entre les deux, et une partie de la paroi (22) du corps de la pale
reliée à la paroi (18) du bord d'attaque.
4 - Elément de remplacement (24), obtenu par fonderie de précision, pour un morceau d'une aube (10) refroidie par
- 25 air d'un moteur à turbine à gaz, l'aube (10) ayant une plate-
forme structurale intérieure (12) et une plateforme structu-
rale extérieure (14), distantes l'une de l'autre, ainsi qu'une pale (16) placée entre les deux, la pale (16) ayant une paroi (18) de bord d'attaque, un bord de fuite (20) et une paroi (22) de corps de pale entre les deux, qui délimitent ensemble un intérieur creux de la pale (16), élément de remplacement (24) caractérisé en ce qu'il comprend: au moins une partie de la paroi (18) du bord d'attaque une partie de la paroi (22) du corps de la pale, reliée à la partie de la paroi (18) du bord d'attaque; et une partie d'au moins une plateforme structurale (12,
14), reliée à la partie de la paroi (18) du bord d'attaque.
- Elément suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend: une partie d'une des plateformes structurales (14); la partie de la paroi (18) du bord d'attaque étant plus courte que la totalité de la paroi (18) du bord d'attaque placée entre les plateformes intérieure (12) et extérieure (14) et comprenant un bout (30a) de la partie de la paroi (18) du bord d'attaque qui est éloigné de la partie de la
plateforme structurale (14) et dont le biseau part de la par-
tie de la paroi (18) du bord d'attaque et regarde la partie
de la paroi (22) du corps de la pale et s'éloigne de la par-
tie de la plateforme structurale (14).
6 - Elément suivant la revendication 4, caractérisé en
ce qu'il comporte des parties tant de la plateforme structu-
rale intérieure (12) que de la plateforme structurale exté-
rieure (14) et, entre les deux, la totalité de la paroi (18)
du bord d'attaque.
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