FR2794167A1

FR2794167A1 - Aube creuse pour turbomachine et son procede de fabrication

Info

Publication number: FR2794167A1
Application number: FR9906756A
Authority: FR
Inventors: Francois Chardonneau; Charles Jean Pierre Douguet; Daniel Gaston Lhomme; Patrick Jean Louis Reghezza
Original assignee: Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA; SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1999-05-28
Filing date: 1999-05-28
Publication date: 2000-12-01
Anticipated expiration: 2019-05-28
Also published as: FR2794167B1

Abstract

Une aube pour turbomachine est constituée d'un ensemble monobloc formé d'une pale à profils aérodynamiques et d'une pied de fixation. Le bas de pale comporte une cavité interne (9) fermée au niveau du pied et ménagée entre une paroi d'extrados et une paroi d'intrados de l'aube, les seules liaisons entre parois au niveau de la cavité étant situées respectivement du côté du bord d'attaque et du côté du bord de fuite de l'aube. Le haut de pale comporte une pluralité de canaux internes (10) débouchant dans ladite cavité (9) et disposés dans le sens de la hauteur de l'aube.

Description

DESCRIPTION La présente invention concerne une aube creuse pour turbomachine, notamment une aube de soufflanteà grande corde et elle concerne un procédé de fabrication de ladite aube. Les avantages découlant de lutilisation d'aubesà grande corde pour les turbomachines sont apparus notamment dans le cas des aubes de rotor de soufflante des turboréacteursà double flux. Ces aubes doivent répondreà des conditions sévères d'utilisation et posséder notamment des caractéristiques mécaniques suffisantes associéesà des propriétés antivibratoires et de résistance aux impacts de corps étrangers. L'objectif de vitesses suffisantes en bout d'aube a en outre amenéà rechercher une réduction des masses. Les aubesà grande corde bien que plus performantes sont aussi plus lourdes que les aubesà nageoire. Cet alourdissement des aubes de soufflante conduit, par une augmentation des charges,à un accroissement de masse significatif de l'ensemble propulsif qui limite le gain en performance. C'est pourquoi un allégement des aubesà grande corde a été recherché. Ce but est notamment atteint par l'utilisation d'aubes creuses.

FR-A-1 577 388 donne un exemple de réalisation d'une aube composée de deux éléments de paroi entre lesquels est disposée une structure en nids d'abeille, ces éléments de paroi étant constitués notamment en alliage de titane et étant formés au profil età la forme désirés par pressageà chaud.

US-A-3 628 226 décrit un procédé de fabrication d'aube creuse de compresseur comportant la mise en oeuvre d'une liaison métallurgique par soudage-dif fusion entre deux éléments ou demi-aubes ayant une face d'assemblage plane et rainurée.

D'autres techniques connues d'obtention d'aubes creuses, notamment pour soufflante de turboréacteur, associent des opérations de soudage par diffusion métallurgique sous pression et de formage superplastique sous pression de gaz. Un exemple en est illustré par US-A-4 882 823.

Un des buts de l'invention est d'éviter de faire appelà ces techniques connues dont la mise en oeuvre est complexe et les mises au point particulièrement délicates.

Une aube creuse du type précité pour turbomachine répondant aux conditions précitées sans encourir les inconvénients des solutions connues antérieures est caractérisée en ce qu'elle est constituée d'un ensemble monobloc formé d'une paleà profils aérodynamiques et d'un pied de fixation et que le bas de pale comporte une cavité interne ménagée entre une paroi d'extrados et une paroi d'intrados de l'aube, les seules liaisons entre parois au niveau de la cavité sont situées respectivement du côté du bord d'attaque et du côté du bord de fuite de l'aube et que le haut de pale comporte une pluralité de canaux internes débouchant dans ladite cavité et disposés dans le sens de la hauteur de l'aube.

Un procédé avantageux de fabrication de ladite aube creuse comporte les étapes suivantes: a) réalisation d'une forme plane ébauche de l'aube, b) creusement par usinage d'une cavité interne dans le bas de l'aube correspondant au pied et au bas de pale de l'aube, c) usinage d'une pluralité de canaux internes débouchant dans ladite cavité, d) cambrage et vrillage de l'aube aux formes aérodynamiques recherchées, e) fermeture de l'entrée de cavité au niveau du pied de l'aube, f) usinage final et finition des profils aérodynamiques déterminés.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux comprisà la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure1 représente une vue schématique d'une aube monobloc, au stade initial de fabrication d'une aube creuse de turbomachine conformeà l'invention, - la figure 2 représente une vue schématique de l'étape de creusement par usinage d'une cavité interne de l'aube selon le procédé de fabrication conformeà l'invention, - la figure3 représente une vue schématique de l'aube creuse représentée sur la figure1 à un stade intermédiaire de fabrication, - la figure 4 représente une vue schématique de l'étape d'usinage de canaux internes de l'aube selon le procédé de fabrication conformeà l'invention, - la figure5 représente une vue schématique de l'étape de fermeture de l'entrée de cavité interne de l'aube selon le procédé de fabrication conformeà l'invention.

Une aube creuse pour turbomachine conformeà l'invention est obtenue par la mise en oeuvre des étapes suivantes du procédé de fabrication conformeà l'invention.

a) au cours d'une première étape de réalisation, une aube1 monobloc, ébauchée au plus près de ses cotes finales est obtenue, soit par forgeageà plat, en appliquant un procédé connu en soi, et telle que schématiquement représentée sur la figure1, soit par usinage. De manière connue, l'aube1 comporte une embase de fixation ou pied 2, une partieà profil aérodynamique ou pale3 constituée de deux parois externes, respectivement d'intrados 4 et d'extrados5, raccordées par un bord d'attaque6 et un bord de fuite7 et destinéeà être placée dans la veine de circulation du flux d'air de la turbomachine. Suivant les applications particulières, l'aube peut comporter une partie intermédiaire appelée échasse8 de raccordement entre le pied 2 et la pale3 b) on usine ensuite, par tout procédé connu adaptéà cette réalisation, le bas de l'aube1 comprenant le pied 2 et le bas de la pale3, par creusement d'une cavité interne 9 de manièreà ne laisser subsister les liaisons entre parois d'intrados 4 et d'extrados5 qu'uniquement du côté du bord d'attaque6 et du côté du bord de fuite7 de l'aube. Des moyens d'usinage classique peuvent être utilisésou des moyens d'usinage électrochimique, chimique ouà arc électrique. La figure 2 représente schématiquement cette opération, montrant la cavité interne9 obtenue et un outil 12 de perçage par électrochimie. L'usinage peut être réalisé en plusieurs opérations. La figure3 montre schématiquement un exemple de réalisation où la cavité9 est obtenue par un empilage d'outils successifs, de section décroissante. Il en résulte une cavité9 de profil approximativement homothétique au profil extérieur de l'aubeà réaliser. Dans une solution préférentielle, les sections d'évidement de l'aube sont évolutives et tous les raccordements évitent toute rupture et tout angle vif dans le profil de cavité sur la surface interne de paroi de l'aube. En fonction des applications particulières et du taux d'allégement recherché, une section d'évidement constante peut également être réalisée.

En fonction des moyens d'usinage utilisés, divers procédés connus en soi peuvent être appliqués pour améliorer l'état de surface de la cavité interne9 par reconditionnement et finition.

à l'étape suivante de réalisation, une pluralité de canaux internes10 sont usinés dans le haut de pale de l'aube, les canaux10 débouchant dans la cavité interne 9.

La figure 4 représente schématiquement cette opération. Comme représenté dans l'exemple de la figure 4 des moyens d'usinage connus en soi peuvent être utilisés pour le perçage des canaux10 par l'intérieur. Toutefois dans le cas où il est préférable d'éviter le porte-à-faux du porte-outil en bas de pale, l'usinage des canaux10 est effectué en entrant l'outil par le bout de pale au sommet de l'aube, comme le montre la figure3.

d) A l'étape suivante, l'aube1 est cambrée et vrillée suivant des techniques qui sont soit connues en soi, soit spécifiquement adaptées et comme décrites notamment par FR-A-2 769 784.

e) Après nettoyage du volume intérieur de l'aube1, l'entrée de la cavité9 au niveau du pied 2 de1 'aube est ensuite refermée. La fermeture peut notamment être obtenue par déformation superplastique des côtés et soudage-dif fusion ou brasage. La fermeture peut en outre être réalisée par la mise en place d'un insert11 formant un bouchon de rebouchage comme schématiquement représenté sur les figures3 et5. Le bouchon11 est implanté de façonà être sollicité en fonctionnement par les efforts de pression sur les faces de contact et par conséquent en situation de compression.

En fonction des applications particulières, il peut être nécessaire d'effectuer avant l'étaped de cambrage et vrillage une étape intermédiaire de préparation consistant à remplir le volume intérieur creusé de l'aube1 par un matériau composé réfractaire pulvérulent. Ce matériau, par exempleà base de céramique, est déterminé de manièreà éviter toute contamination du matériau de l'aube1. Cette étape peut en outre comporter une opération de compactage du matériau pulvérulent.

Après l'étaped de cambrage et vrillage, le volume intérieur de l'aube1 est dans ce cas vidé et nettoyé. Dans le cas où les canaux internes10 débouchent au sommet de l'aube1, les canaux10 peuvent rester ouverts ou des bouchons13 de fermeture de l'aube peuvent être brasés ou soudés en partie supérieure de l'aube, comme schématiquement représenté sur la figure3. f) on procède enfin aux opérations classiques de finition de l'aube1, usinage du pied 2, finition des profils aérodynamiques déterminés, bord d'attaque6, bord de fuite7, et sommet de pale.

En fonction des applications particulières et notamment dans le cas d'une aube de soufflante en alliage de titane, comme il est connu, les différents traitements de surface et dépôts sont en outre appliquésà l'aube1. Outre les gains de coût procurés par le procédé de fabrication d'aube creuse conforme à l'invention, l'aube creuse obtenue présente des avantages techniques significatifs. L'allègement de l'aube1 conduità un bilan de masse proche de celui que présentent les solutions connues antérieures, notamment l'aube obtenue par soudage-diffusion et formage superplastique. Par ailleurs, l'absence de soudure dans les zones mécaniquement sollicitées de l'aube, l'obtention de coefficients de forme des accidents géométriques internes de l'aube moins élevés et mieux contrôlés ainsi qu'une amélioration et un meilleur contrôle de l'état de surface interne de l'aube amènent une amélioration significative de la tenue aux sollicitations de fatigue de l'aube1 en fonctionnement et en conséquence un gain sur la tenue en service de l'aube.

Claims

REVENDICATIONS 1. Aube creuse pour turbomachine caractérisée en ce qu'elle est constituée par un ensemble monobloc formé d'une pale (3) à profils aérodynamiques et d'un pied (2) de fixation et que le bas de pale comporte une cavité interne(9) ménagée entre une paroi d'extrados(5) et une paroi d'intrados (4) de l'aube(1), les seules liaisons entre parois au niveau de la cavité étant situées respectivement du côté du bord d'attaque(6) et du côté du bord de fuite(7) de l'aube(1) et que le haut de pale comporte une pluralité de canaux internes(10) débouchant dans ladite cavité(9) et disposés dans le sens de la hauteur de l'aube(1). 2. Aube creuse selon la revendication1 dans laquelle la cavité interne(9) de l'aube(1) est fermée au niveau du pied (2) de l'aube par un insert formant bouchon(11) de rebouchage. 3. Aube creuse selon l'une des revendications1 ou 2 dans laquelle les canaux(10) débouchant en partie supérieure de l'aube sont fermés par des bouchons(13). 4. Procédé de fabrication d'une aube creuse pour turbomachine conformeà l'une quelconque des revendications1 à 3 caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: a) réalisation d'une forme plane ébauche de l'aube, b) creusement par usinage d'une cavité interne(9) dans le bas de1 'aube correspondant au pied et au bas de pale de l'aube, c) usinage dans le haut de l'aube d'une pluralité de canaux internes(10) débouchant dans ladite cavité (9), d) cambrage et vrillage de l'aube creuse aux formes aérodynamiques recherchées, e) après nettoyage du volume intérieur de11 aube, fermeture de1 'entrée de cavité(9) au niveau du pied de1 1 aube, f) usinage final et finition des profils aérodynamiques déterminés. 5. Procédé de fabrication d'une aube creuse selon la revendication 4 dans lequelà l'étape a l'ébauche d'aube est obtenue par forgeage. 6. Procédé de fabrication d'une aube creuse selon la revendication 4 dans lequelà l'étape a l'ébauche d'aube est obtenue par usinage. 7. Procédé de fabrication d'une aube creuse pour turbomachine selon l'une quelconque des revendications 4 à 6 dans lequelà l'étapeb l'usinage de la cavité interne(9) est effectué par usinage électrochimique. S. Procédé de fabrication d'une aube creuse pour turbomachine selon la revendication7 dans lequelà l'étapeb plusieurs outils successifs sont utilisés de manièreà obtenir par empilage une cavité(9) de profil homothétique au profil extérieur de l'aube. 9. Procédé de fabrication d'une aube creuse pour turbomachine selon l'une quelconque des revendications 4 à 8 dans lequelà l'étape c l'usinage des canaux(10) est effectué en entrant l'outil par le bout de paleà l'extrémité supérieure de l'aube. 1O.Procédé de fabrication d'une aube creuse pour turbomachine selon la revendication9 dans lequel les trous de bout de pale sont rebouchés par bouchon de fermeture(13). 11.Procédé de fabrication d'une aube creuse selon l'une quelconque des revendications 4à 10 dans lequel avant l'étaped de cambrage et vrillage, on effectue une étape intermédiaire de remplissage interne de l'aube au moyen d'un composé réfractaire pulvérulent. 12.Procédé de fabrication d'une aube creuse selon la revendicationil dans lequel le remplissage est suivi d'un compactage du composé réfractaire pulvérulent. 13.Procédé de fabrication d'une aube creuse pour turbomachine selon l'une quelconque des revendications 4 à 12 dans lequel une opération de finition est effectuée par reconditionnement pour l'amélioration de l'état de surface de la cavité interne de l'aube. 14.Procédé de fabrication d'une aube creuse pour turbomachine selon l'une quelconque des revendications 4 à 13 dans lequelà l'étape e la fermeture de l'entrée de cavité(9) est obtenue par déformation superplastique des côtés et soudage-dif fusion ou brasage au niveau du pied de l'aube. 15.Procédé de fabrication d'une aube creuse pour turbomachine selon l'une quelconque des revendications 4 à 13 dans lequelà 11 étape e un insertf ormant bouchon (11) de rebouchage est mis en place pour la fermeture de la cavité interne(9) au niveau du pied de l'aube