FR2819295A1 - Pale de turbomachine - Google Patents
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Abstract
Une pale de soufflante (26) d'un moteur à turbine à gaz comprend une partie de pied (40) et une partie aérodynamique (42). La partie aérodynamique (42) comporte un bord avant (44), un bord arrière (46), une partie de paroi métallique concave (50) s'étendant à partir du bord avant (44) vers le bord arrière (46) et une partie de paroi métallique convexe (52) s'étendant à partir du bord avant (44) vers le bord arrière (46). La partie aérodynamique (42) comporte un intérieur creux (54), et l'intérieur (54) de la partie aérodynamique (42) est au moins partiellement rempli avec un matériau d'amortissement de vibrations (56). Le matériau d'amortissement de vibrations (56) comprend un matériau ayant une viscoélasticité, par exemple un matériau formé en mélangeant un polymère terminé par une amine et une résine époxy bisphénol a-épichlorohydrine.
Description
La présente invention concerne une pale de turbomachine, par exemple une
pale de compresseur pour un moteur à turbine à gaz et en particulier une
pale de soufflante d'un moteur à turbine à gaz.
Des pales de soufflante à corde étroite conventionnelles pour des moteurs
à turbine à gaz comprennent du métal plein.
Une pale de soufflante à corde large conventionnelle comprend une partie de paroi métallique concave, une partie de paroi métallique convexe et un nid d'abeilles entre les deux parties de paroi métalliques. Cette pale de soufflante à corde large est produite en formant à chaud les parties de paroi dans des formes concaves et convexes respectivement, en plaçant le nid d'abeilles entre les parties de paroi métalliques et en soudant ou en liant par diffusion de manière active les parties de paroi métalliques l'une à l'autre autour du nid d'abeilles. L'intérieur de
la pale de soufflante est ensuite évacué ou vidé de son air.
Une autre pale de soufflante à corde large conventionnelle comprend une partie de paroi métallique concave, une partie de paroi métallique convexe et des parois métalliques s'étendant entre les deux parties de paroi. Cette pale de soufflante à corde large est produite en plaçant une feuille métallique entre deux feuilles métalliques coniques et en liant par diffusion les feuilles ensemble en des positions prédéterminées pour former une structure monobloc. Ensuite un gaz interne est alimenté à l'intérieur de la structure monobloc pour former à chaud la structure monobloc en une matrice pour produire les parois concave et convexe et les parois s'étendant entre les parois concave et convexe. L'intérieur de la pale
de soufflante est évacué.
Un désavantage de la pale de soufflante à corde large est qu'elle n'est pas aussi rigide qu'une pale de soufflante à corde étroite. La rigidité réduite résulte en un risque augmenté de vibrations de décrochage dans le domaine de fonctionnement du moteur à turbine à gaz et en une susceptibilité augmentée à d'autres formes de vibrations. Un autre désavantage de la pale de soufflante à
corde large est qu'elle est très chère et longue à fabriquer.
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En conséquence, la présente invention cherche à fournir une nouvelle pale de turbomachine qui réduit, de préférence surmonte les problèmes susmentionnés. La présente invention a donc pour objet une pale de turbomachine comprenant une partie de pied et une partie aérodynamique, la partie aérodynamique ayant un bord avant, un bord arrière, une partie de paroi métallique concave s'étendant à partir du bord avant vers le bord arrière et une partie de paroi métallique convexe s'étendant à partir du bord avant vers le bord arrière, la partie de paroi métallique concave et la partie de paroi métallique convexe formant une paroi métallique monobloc continue, la partie aérodynamique ayant un intérieur creux défini par au moins une surface interne, caractérisée en ce que l'intérieur creux de la partie aérodynamique est au moins partiellement rempli avec un matériau d'amortissement de vibrations, le matériau d'amortissement de vibrations étant lié à la au moins une surface interne et le matériau d'amortissement de vibrations comprenant un matériau
ayant une viscoélasticité.
La viscoélasticité est une propriété d'un solide ou d'un liquide qui lorsqu'il est déformé montre un comportement à la fois visqueux et élastique par
une dissipation et un stockage simultanés d'énergie mécanique.
De préférence, la totalité de l'intérieur de la partie aérodynamique est
remplie avec un matériau d'amortissement de vibrations.
De préférence, le matériau d'amortissement de vibrations comprend un polymère. Le matériau d'amortissement de vibrations peut comprendre une résine époxy structurelle. Le matériau d'amortissement de vibrations peut contenir des microsphères de verre, des microsphères de polymère ou un mélange de microsphères de verre et de microsphères de polymère. Le matériau d'amortissement de vibrations peut être formé en mélangeant un polymère
terminé par une amine et une résine époxy bisphénol a-épichlorohydrine.
De préférence, la pale de turbomachine est une pale de compresseur ou
une pale de soufflante.
Avantageusement, les parties de paroi métallique concave et convexe
comprennent du titane ou un alliage de titane.
Avantageusement, la partie de pied comprend un pied en queue d'aronde
ou un pied en sapin.
La présente invention a également pour objet un moteur à turbine à gaz
comprenant une pale de turbomachine telle que décrite ci-dessus.
La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une pale de turbomachine à partir d'au moins deux pièces métalliques à usiner, comprenant les étapes de: (a) former au moins deux pièces métalliques à usiner, (b) appliquer du matériau de masquage sur une zone prédéterminée d'une surface d'au moins une des pièces métalliques à usiner, (c) arranger les pièces à usiner dans une pile de telle sorte que le matériau de masquage est situé entre les au moins deux pièces métalliques à usiner, (d) chauffer et appliquer une pression à travers l'épaisseur de la pile pour lier par diffusion les au moins deux pièces à usiner dans des zones autre que la zone présélectionnée, pour former une structure monobloc, (e) chauffer et mettre sous pression de manière interne l'intérieur de la structure monobloc pour former à chaud les au moins deux pièces métalliques à usiner en une forme aérodynamique pour former une pale de turbomachine ayant un intérieur creux défini par au moins une surface interne, ledit procédé étant caractérisé par les étapes suivantes: (f) nettoyer la surface interne de l'intérieur creux de la pale de turbomachine, (g) alimenter un matériau d'amortissement de vibrations dans l'intérieur creux de la pale de turbomachine et lier le matériau d'amortissement de vibrations à la surface interne, le matériau d'amortissement de vibrations comprenant un matériau ayant une viscoélasticité, et (h) fermer de manière étanche l'intérieur creux de la pale de turbomachine. De préférence, chacune des au moins deux feuilles comporte au moins une surface plate, et les surfaces plates des au moins deux feuilles sont arrangées
pour venir en butée l'une contre l'autre.
De préférence, les au moins deux feuilles augmentent en épaisseur
longitudinalement à partir d'une première extrémité vers une seconde extrémité.
De préférence, les secondes extrémités de chacune des au moins deux feuilles sont arrangées adjacentes l'une à l'autre pour former le pied dela pale de turbomachine. De préférence, l'étape (d) comprend de chauffer à une température
supérieure à 850 C et d'appliquer une pression supérieure à 20 x 105Nm'2.
De préférence, l'étape (d) comprend de chauffer à une température située entre 900 C et 950 C, et d'appliquer une pression située entre 20 x 105Nm'2 et 30
x 105Nm'2.
De préférence, l'étape (e) comprend de chauffer à une température située
entre 700 C et 850 C.
En variante, l'étape (e) comprend de chauffer à une température située
entre 850 C et 950 C.
De préférence, les au moins deux pièces métalliques à usiner
comprennent du titane ou un alliage de titane.
De préférence, le matériau d'amortissement de vibrations comprend un polymère. Le matériau d'amortissement de vibrations peut comprendre une résine époxy structurelle. Le matériau d'amortissement de vibrations peut contenir des microsphères de verre, des microsphères de polymère ou un mélange de microsphères de verre et de microsphères de polymère. Le matériau d'amortissement de vibrations peut être formé en mélangeant un polymère
terminé par une amine et une résine époxy bisphénol a-épichlorohydrine.
De préférence, l'étape (f) comprend de rincer séquentiellement l'intérieur creux de la pale de turbomachine avec de l'acide nitrique, un agent neutralisant et de l'eau pour retirer le matériau de masquage à partir des surfaces internes de
l'intérieur creux de la pale de turbomachine.
Avantageusement, le procédé comprend avant l'étape (g) ou après l'étape (g), l'étape d'usiner le pied de la pale de turbomachine pour former un pied en
queue d'aronde ou un pied en sapin.
Avantageusement, le procédé comprend avant l'étape (g) l'étape de lier le
pied de la pale de turbomachine à un rotor de turbomachine.
Avantageusement, le liage comprend un soudage à frottement, un
soudage à frottement linéaire ou une liaison par diffusion.
La présente invention sera maintenant plus amplement décrite à titre d'exemple en référence aux dessins joints sur lesquels: - la figure 1 montre un moteur à turbine à gaz ayant une pale selon la présente invention; - la figure 2 est une vue agrandie d'une pale de soufflante selon la présente invention; - la figure 3 est une vue découpée à travers la pale de soufflante représentée sur la figure 2; - la figure 4 est une vue en section transversale en direction des flèches A-A sur la figure 3; - la figure 5 est une vue explosée d'une pile de pièces à usiner utilisée pour la fabrication de la pale de soufflante représentée sur les figures 2 à4; - la figure 6 est une vue agrandie d'une variante de pale de soufflante selon la présente invention; et - la figure 7 est une vue découpée à travers la pale de soufflante de la
figure 6.
Un moteur à turbine à gaz à turbosoufflante 10, comme représenté sur la figure 1, comprend en série d'écoulement axial une entrée 12, une section de soufflante 14, une section compresseur 16, une section de combustion 18, une
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section de turbine 20 et un échappement 22. La section de soufflante 14 comprend un rotor de soufflante 24 supportant une pluralité de pales de soufflante 26 s'étendant radialement vers l'extérieur et espacées de manière équiangulaire. Les pales de soufflante 26 sont entourées par un carter de soufflante 28 qui définit un conduit de soufflante 30 et le conduit de soufflante 30 comporte une sortie 32. Le carter de soufflante 28 est supporté à partir d'un carter de veine chaude 34 par une pluralité d'aubes de guidage de sortie de
soufflante s'étendant radialement 36.
La section de turbine 20 comprend un ou plusieurs étages de turbine pour
entraîmer la section compresseur 18 via un ou plusieurs arbres (non représentés).
La section de turbine 20 comprend également un ou plusieurs étages de turbines pour entraîner le rotor de soufflante 24 de la section de soufflante 14 via un arbre
(non représenté).
Une des pales de soufflante 26 est représentée plus en détail sur les figures 2, 3 et 4. La pale de soufflante 26 comprend une partie de pied 40 et une partie aérodynamique 42. La partie de pied 40 comprend un pied en queue d'aronde, un pied en sapin, ou tout autre pied de forme appropriée pour s'adapter dans une fente de forme correspondante dans le rotor de soufflante 26. La partie aérodynamique 42 comporte un bord avant 44, un bord arrière 46 et une pointe 48. La partie aérodynamique 42 comprend une paroi concave 50 qui s'étend à partir du bord avant 44 vers le bord arrière 46, et une paroi convexe 52 qui s'étend à partir du bord avant 44 vers le bord arrière 46. Les parois concaves et convexes 50 et 52 respectivement comprennent du métal, par exemple un alliage de titane. La partie aérodynamique 42 a un intérieur creux 54 et au moins une partie, de préférence la totalité de cet intérieure creux 54 de la partie aérodynamique 42 est remplie avec un matériau d'amortissement de vibrations 56. Le matériau d'amortissement de vibrations 56 comprend un matériau ayant une viscoélasticité. La viscoélasticité est une propriété d'un solide ou d'un liquide qui lorsqu'il est déformé montre à la fois un comportement visqueux et
élastique par dissipation et stockage simultanés d'énergie mécanique.
Le matériau d'amortissement de vibrations 56 est lié aux surfaces internes 58 et 60 des parois concave et convexe 50 et 52. Le matériau d'amortissement de vibrations 56 est lié aux surfaces internes 58 et 60 de telle sorte que le matériau d'amortissement de vibrations 56 reste en contact avec les surfaces internes 58 et 60 des parois concave et convexe 50 et 52 respectivement. Le matériau d'amortissement de vibrations 56 peut comprendre un polymère. Le matériau d'amortissement de vibrations 56 peut comprendre une résine époxy structurelle. Le matériau d'amortissement de vibrations 56 peut contenir des microsphères de verre. Les microsphères de verre sont destinés à contrôler la densité du matériau d'amortissement de vibrations et à augmenter la
rigidité du matériau d'amortissement de vibrations.
En fonctionnement du moteur à turbine à gaz à turbosoufflante 10, toute vibration de la pale de soufflante 26 sera amortie par le matériau d'amortissement de vibrations 56 dans l'intérieur creux 54 de la pale de soufflante 26. Le matériau d'amortissement de vibrations 56 amortit les vibrations de la pale de soufflante 26 en retirant de l'énergie à partir des vibrations en raison de sa viscoélasticité. Les vibrations de la pale de soufflante 26 créent un cisaillement dans le matériau d'amortissement de vibrations 56 et le cisaillement amène une partie de l'énergie de vibrations à être transmise, ou perdue, sous forme de chaleur, amortissant ainsi les vibrations de la pale de
soufflante 26.
L'intérieur creux 54 de la partie aérodynamique 42 d'une pale de soufflante 26 a été complètement rempli avec un matériau d'amortissement de
vibrations 56.
Dans un exemple, le matériau d'amortissement de vibrations 56 était le matériau " Scotchweld " (marque commerciale de 3M) et vendu sous le numéro de produit EC2216B/A. Ce matériau d'amortissement de vibrations comprend un adhésif époxy translucide avec des microsphères de verre et est formé en mélangeant un produit A, un polymère terminé par une amine, et un produit B, une résine époxy bisphénol a-épichlorohydrine. Dans cet exemple le matériau
d'amortissement de vibrations 56 lui-même était un adhésif.
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Dans une série de tests, les performances d'amortissement de vibrations de pales de soufflante à corde large conventionnelles produites par liaison par diffusion et formage superplastique de trois feuilles métalliques a été comparée aux pales de soufflantes à corde large selon la présente invention. Les pales de soufflante à corde large conventionnelles et les pales de soufflante à corde large selon la présente invention ont été assemblées dans une fixation de pied, placées dans un four et chauffées jusqu'à une température de 80 C. Les pales de soufflante à corde large ont été frappées à des ventres d'ondes avec un marteau à tête molle et la réponse de vibrations a été mesurée pour les trois premiers modes de vibration à une température de 80 C. La réponse de vibration a été mesurée à d'autres températures lorsque les pales de soufflante à corde large se sont refroidies. On a trouvé que les pales de soufflante selon la présente invention avaient des meilleures performances d'amortissement de vibrations. Il a été trouvé que la température a un effet sur l'amortissement des pales de soufflante à corde large selon la présente invention. En particulier un amortissement maximal a été obtenu lorsque les pales de soufflante à corde large selon la présente invention étaient dans un domaine de température située entre 40 C et C. Les pales de soufflante 26 sont fabriquées, comme représentées sur la figure 5, à partir de deux feuilles en alliage de titane 70 et 72 qui sont assemblées en une pile 74. Les feuilles 70 et 72 ont des surfaces plates 76 et 78 qui sont arrangées pour venir en butée l'une contre l'autre. Les feuilles 70 et 72 sont évasées, augmentant en épaisseur, longitudinalement à partir de l'extrémité 80 vers l'extrémité 82. Les extrémités les plus épaisses des feuilles 70 et 72 sont arrangées adjacentes l'une à l'autre pour former le pied 40 de la pale de
soufflante 26.
Les feuilles en alliage de titane 70 et 72 sont produites en coupant un bloc parallélépipédique d'origine en alliage de titane le long d'un plan incliné pour former les deux feuilles d'alliage de titane évasées longitudinalement 70 et 72 comme décrit plus amplement dans notre demande de brevet GB-2 306 353 B. Les zones centrales 84 et 86 des feuilles 70 et 72 sont usinées pour produire une variation dans la distribution de masse de la pale de soufflante 26 à partir du bord avant 44 vers le bord arrière 46 et à partir du pied 40 vers la pointe 48. L'usinage des zones centrales 84 et 86 est réalisé par fraisage, usinage électrochimique, usinage chimique, usinage d'électro-décharge ou tout autre
procédé d'usinage approprié.
Les surfaces en butée 76 et 78 sont préparées pour un liage par diffusion par nettoyage chimique. Une des surfaces 76 et 78 reçoit un matériau de masquage appliqué sur la plus grande partie de sa surface exceptée en ce qui
concerne la périphérie. Le matériau de masquage peut comprendre de l'yttria.
Un tuyau est interconnecté au matériau de masquage et les feuilles 70 et 72 sont soudées ensemble autour de leur périphérie pour former la pile 74 et le
tuyau est soudé à la pile 74 pour former un ensemble soudé.
Le tuyau est connecté à une pompe à vide, qui est utilisée pour évacuer l'intérieur de l'ensemble soudé et ensuite du gaz inerte, par exemple de l'argon, est utilisé pour purger l'intérieur de l'ensemble soudé. L'ensemble soudé est placé dans un four et est chauffé à une température située entre 250 C et 350 C pour faire évaporer le liant à partir du matériau de masquage et l'ensemble soudé
est évacué de manière continue pour retirer le liant.
Après que le liant a été retiré, le tuyau est fermé de manière hermétique de sorte qu'il y a un vide dans l'ensemble soudé et l'ensemble soudé est placé dans un autoclave. La température dans l'autoclave est augmentée à une température supérieure à 850 C et la pression est augmentée pour être supérieure à 20 x 105Nm'2 et maintenue à cette pression pendant un temps prédéterminé pour une liaison par diffusion des feuilles métalliques 70 et 72 ensemble pour former une structure monobloc. De préférence, la température est située entre
900 C et 950 C, et la pression est située entre 20 x 105Nm'2 et 30 x 105Nm'2.
L'intérieur de la structure monobloc est ensuite placé dans une matrice de formage à chaud par fluage, et formé à chaud par fluage pour produire une forme aérodynamique. Pendant le processus de formage par fluage à chaud, la
structure monobloc est chauffée à une température de 740 C.
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Le tuyau est remplacé par un autre tuyau. La structure monobloc formée par fluage à chaud est placée dans une matrice de formage à chaud, qui comprend une surface concave et une surface convexe. Du gaz inerte, par l'exemple de l'argon, est introduit à travers le tuyau dans les zones à l'intérieur de la structure monobloc formée par fluage à chaud contenant le matériau de
masquage pour casser l'adhésion que la pression de liage par diffusion a amené.
Ceci est réalisé à température ambiante ou à température de formage à chaud.
La structure formée par fluage à chaud et la matrice de formage à chaud sont placées dans un autoclave. La structure monobloc formée par fluage à chaud est chauffée à une température appropriée pour un formage à chaud. La température pour un formage superplastique est supérieure à 850 C, de préférence entre 900 C et 950 C. La température pour formage à chaud est de préférence inférieure à celle pour formage superplastique, par exemple 700 C à 850 C. Du gaz inerte, par exemple de l'argon, est introduit, à travers le tuyau, dans l'intérieur de la structure monobloc formée par fluage à chaud de manière à former à chaud les feuilles 70 et 72 sur les surfaces de la matrice pour former les parois concave et convexe 50 et 52 et l'intérieur creux 54 de la pale de soufflante 26. La pale de soufflante 26 peut refroidir et l'intérieur creux 54 de la pale de soufflante 26 est ensuite séquentiellement rincée avec de l'acide nitrique, un agent neutralisant et de l'eau pour retirer tout le matériau de masquage, par exemple de l'yttria, à partir des surfaces internes de l'intérieur creux 54 de la pale
de soufflante 56, et pour préparer les surfaces internes 58 et 60 pour un liage.
Ensuite, le matériau d'amortissement viscoélastique 56 est alimenté, à travers le tuyau, dans l'intérieur creux 54 de la pale de soufflante 26. De préférence, le matériau viscoélastique est alimenté à travers un tuyau au niveau de l'extrémité de pied de la pale de soufflante 26. Le matériau d'amortissement viscoélastique 56 peut cuire dans la pale de soufflante 26 et se lier à la surface interne 58 et 60 de l'intérieur creux 54 de la pale de soufflante 26. L'intérieur creux 54 de la pale de soufflante 26 est ensuite obturé de manière étanche par soudage à travers I l 2819295 l'entrée du tuyau dans la pale de soufflante 26 pour empêcher le matériau
d'amortissement de vibrations 56 de s'échapper hors de la pale de soufflante 26.
Le procédé de fabrication de la pale de soufflante 26 n'impose plus l'utilisation d'une troisième feuille métallique pour former les parois d'interconnexion, réduisant ainsi la quantité d'alliage de titane utilisée et réduisant le temps d'usinage. De manière additionnelle, la température pour le formage à chaud de la structure monobloc formée par fluage à chaud est inférieure à celle requise pour un formage superplastique de la troisième feuille métallique. Une autre pale de soufflante 26B est représentée plus en détail sur les figures 6 et 7. La pale de soufflante 26B comprend une partie de pied 40 et une partie aérodynamique 42. La partie de pied 40B comprend un pied formé pour permettre à la pale de soufflante 26B d'être fixée à un rotor de soufflante 24 par soudage à frottement, liage par diffusion ou un autre procédé de soudage ou liage approprié, par exemple par soudage à frottement linéaire. La partie aérodynamique 42 a un bord avant 44, un bord arrière 46 et une pointe 48. La partie aérodynamique 42 comprend une paroi concave 50 qui s'étend à partir du bord avant 44 vers le bord arrière 46 et une paroi convexe 52 qui s'étend à partir du bord avant 44 vers le bord arrière 46. Les parois concave et convexe 50 et 52 respectivement comprennent du métal, par exemple un alliage de titane. La partie aérodynamique 42 a un intérieur creux 54 et au moins une partie, de préférence la totalité de l'intérieur creux 54 de la partie aérodynamique 42 est
remplie avec un matériau d'amortissement de vibrations 56.
Le matériau d'amortissement de vibrations 56 comprend un matériau ayant une viscoélasticité. La viscoélasticité est une propriété d'un solide ou d'un liquide qui lorsqu'il est déformé montre à la fois un comportement visqueux et
élastique par dissipation et stockage simultanés d'énergie mécanique.
Le matériau d'amortissement de vibrations 56 est lié aux surfaces internes 58 et 60 des parois concave et convexe 50 et 52. Le matériau d'amortissement de vibrations 56 est lié aux surfaces internes 58 et 60 de telle sorte que le matériau
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d'amortissement de vibrations 56 reste en contact avec les surfaces internes 58 et
des parois concave et convexe 50 et 52 respectivement.
- Dans le cas de la pale de soufflante 26 sur les figures 2 à 4, la partie de pied 40 est usinée pour produire un pied en queue d'aronde ou un pied en sapin, soit avant soit, après que le matériau d'amortissement de vibrations 56 a été
alimenté dans l'intérieur creux 54 de la pale de soufflante 26.
Toutefois, dans le cas de la pale de soufflante 26B sur les figures 6 et 7, la partie de pied 40B est soudée par frottement ou liée par diffusion au rotor de soufflante 26, par exemple par soudage à frottement linéaire, et est ensuite traitée thermiquement avant que le matériau d'amortissement de vibrations 56 soit
alimenté dans l'intérieur creux 54 de la pale de soufflante 26B.
D'autres polymères appropriés peuvent être utilisés en tant que matériau d'amortissement de vibrations 56, par exemple d'autres résines époxy en deux parties peuvent être utilisées. Le matériau d'amortissement de vibrations peut également contenir des microsphères de polymère, des microsphères de verre, ou un mélange de microsphères de polymère et de microsphères de verre pour contrôler la densité du matériau d'amortissement de vibrations. Les microsphères de polymère par exemple peuvent réduire la densité du matériau d'amortissement de vibrations depuis environ 1,25 g/cm3 pour un matériau d'amortissement de vibrations sans microsphères à environ 0,3 g/cm3 pour un matériau d'amortissement de vibrations contenant des microsphères de polymère. La proportion de microsphères est adaptée à la pale de soufflante particulière. Les microsphères de polymère appropriées sont " Expancel " (marque commerciale de AKZO Nobel) et sont vendues sous le numéro de
produit DE551. Les microsphères sont creuses.
Des matériaux d'amortissement de vibrations de remplissage et d'adhésif thermo-fixant en une partie peuvent être utilisés pour aider le remplissage des pales de soufflante, en raison de leur viscosité plus faible avant cuisson. Ces
matériaux d'amortissement de vibrations de remplissage et d'adhésif thermo-
fixant en une partie sont alimentés dans l'intérieur creux de la pale de soufflante 26 et la pale de soufflante est mise en vibration, centrifugée ou tournée pour
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assurer que le matériau d'amortissement de vibrations remplit totalement la pale de soufflante 26. La pale de soufflante 26 est ensuite testée de manière non destructive pour assurer un remplissage total de la pale de soufflante 26, par exemple par rayon X etc., avant que la pale de soufflante 26 et le matériau d'amortissement de vibrations de remplissage et d'adhésif thermo-fixant en une partie soit chauffé à la température de cuisson pour cuire le matériau d'amortissement de vibrations de remplissage et d'adhésif thermo-fixant en une partie. Un adhésif thermofixant en une partie est par exemple vendu sous le numéro de produit DJ144 par la société Permabond et celui-ci est mélangé avec un matériau de remplissage approprié de microsphères de polymère, de microsphères de verre ou un mélange de microsphères de verre et de
microsphères de polymère.
Le matériau d'amortissement de vibrations peut comprendre un élastomère en cristaux liquides, par exemple une polysiloxane, qui a des
propriétés d'amortissement, des propriétés de cisaillement à hautes températures.
Les pales de soufflante 26 et 26B ont un avantage d'avoir une paroi métallique monobloc continue 50 et 52 autour du matériau d'amortissement de vibrations 56, qui minimise la possibilité de relâcher du matériau d'amortissement de vibrations 56 dans le moteur à turbine à gaz 10. Ceci minimise aussi la possibilité d'endommager d'autres composants du moteur à turbine à gaz 10. Le fait de prévoir un matériau d'amortissement de vibrations 56 complètement à l'intérieur de l'intérieur creux 54 des pales de soufflante 26 et 26B, défini par les parois métalliques monoblocs 50 et 52, permet à la forme aérodynamique et à l'intégrité des pales de soufflante 26 et 26B d'être maintenues. La forme et la dimension del'intérieur creux 54 et le matériau d'amortissement de vibrations 56 peuvent être choisies pour contrôler le poids des pales de soufflante 26 et 26B. Les propriétés du matériau d'amortissement de vibrations 56 peuvent être sélectionnées pour une fréquence de résonance des pales de soufflante 26 et 26B ou une forme de mode des pales de soufflante 26 et
26B.
Le matériau d'amortissement de vibrations 56 peut facilement être incorporé dans les pales de soufflante 26 et 26B sans modifier la forme aérodynamique ou l'intégrité des pales de soufflante 26 et 26B, et sans usinage
additionnel, formage ou étape de procédé de formage.
Bien que l'invention ait été décrite en référence à une pale de soufflante,
elle est applicable également à une pale de compresseur et à une pale de turbine.
Bien que l'invention ait été décrite en référence à des pales en alliage de titane, elle est applicable également à des pales en un autre alliage métallique,
métal ou intermétallique.
Claims (27)
1.- Pale de turbomachine (26) comprenant une partie de pied (40) et une partie aérodynamique (42), la partie aérodynamique (42) ayant un bord avant (44), un bord arrière (46), une partie de paroi métallique concave (50) s'étendant à partir du bord avant (44) vers le bord arrière (46) et une partie de paroi métallique convexe (52) s'étendant à partir du bord avant (44) vers le bord arrière (46), la partie de paroi métallique concave (50) et la partie de paroi métallique convexe (52) formant une paroi métallique monobloc continue, la partie aérodynamique (42) ayant un intérieur creux (54) défini par au moins une surface interne (58, 60), caractérisée en ce que l'intérieur creux (54) de la partie aérodynamique (42) est au moins partiellement rempli avec un matériau d'amortissement de vibrations (56), le matériau d'amortissement de vibrations (56) étant lié à la au moins une surface interne (58, 60) et le matériau d'amortissement de
vibrations (56) comprenant un matériau ayant une viscoélasticité.
2.- Pale de turbomachine selon la revendication 1, dans laquelle la totalité de l'intérieur (54) de la partie aérodynamique (42) est remplie avec
un matériau d'amortissement de vibrations (56).
3.- Pale de turbomachine selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans laquelle le matériau d'amortissement de vibrations (56) comprend
un polymère.
4.- Pale de turbomachine selon la revendication 3, dans laquelle le matériau d'amortissement de vibrations (56) comprend une résine époxy structurelle.
5.- Pale de turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1
à 4, dans laquelle le matériau d'amortissement de vibrations (56) contient des microsphères de verre, des microsphères de polymère ou un mélange
de microsphères de verre et de microsphères de polymère.
6.- Pale de turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1
à 5, dans laquelle le matériau d'amortissement de vibrations (56) est formé
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en mélangeant un polymère terminé par une amine et une résine époxy
bisphénol a-épichlorohydrine.
7.- Pale de turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1
à 6, dans laquelle la pale de turbomachine (26) est une pale de compresseur ou une pale de soufflante.
8.- Pale de turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1
à 7, dans laquelle les parties de paroi métallique concave et convexe (50,
52) comprennent du titane ou un alliage de titane.
9.- Pale de turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1
à 8, dans laquelle la partie de pied (40) comprend un pied en queue
d'aronde ou un pied en sapin.
10.- Moteur à turbine à gaz comprenant une pale de turbomachine
(26) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.
11.- Procédé de fabrication d'une pale de turbomachine (26) à partir d'au moins deux pièces métalliques à usiner, comprenant les étapes de: (i) former au moins deux pièces métalliques à usiner (70, 72), (j) appliquer du matériau de masquage sur une zone prédéterminée d'une surface (76, 78) d'au moins une des pièces métalliques à usiner (70, 72), (k) arranger les pièces à usiner (70, 72) dans une pile (74) de telle sorte que le matériau de masquage est situé entre les au moins deux pièces métalliques à usiner (70, 72), (1) chauffer et appliquer une pression à travers l'épaisseur de la pile (74) pour lier par diffusion les au moins deux pièces à usiner (70, 72) dans des zones autre que la zone présélectionnée, pour former une structure monobloc, (m)chauffer et mettre sous pression de manière interne l'intérieur de la structure monobloc pour former à chaud les au moins deux pièces métalliques à usiner (70, 72) en une forme aérodynamique pour former une pale de turbomachine (26) ayant un intérieur
17 2819295
creux (54) défini par au moins une surface interne (58, 60), ledit procédé étant caractérisé par les étapes suivantes: (n) nettoyer la surface interne (56, 58) de l'intérieur creux de la pale de turbomachine (26), (o) alimenter un matériau d'amortissement de vibrations (56) dans l'intérieur creux (54) de la pale de turbomachine (26) et lier le matériau d'amortissement de vibrations (56) à la surface interne (58, 60), le matériau d'amortissement de vibrations (56) comprenant un matériau ayant une viscoélasticité, et (p) fermer de manière étanche l'intérieur creux (54) de la pale de
turbomachine (26).
12.- Procédé selon la revendication 11, dans lequel chacune des au moins deux feuilles (70, 72) comporte au moins une surface plate (76,78), et les surfaces plates (76, 78) des au moins deux feuilles (70, 72) sont
arrangées pour venir en butée l'une contre l'autre.
13.- Procédé selon la revendication 11 ou la revendication 12, dans lequel les au moins deux feuilles (70, 72) augmentent en épaisseur longitudinalement à partir d'une première extrémité (80) vers une seconde
extrémité (82).
14.- Procédé selon la revendication 13, dans lequel les secondes extrémités (82) de chacune des au moins deux feuilles sont arrangées adjacentes l'une à l'autre pour former le pied (40) de la pale de
turbomachine (26).
15.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, dans
lequel l'étape (d) comprend de chauffer à une température supérieure à
850 C et d'appliquer une pression supérieure à 20 x 0l5Nmn'2.
16.- Procédé selon la revendication 15, dans lequel l'étape (d) comprend de chauffer à une température située entre 900 C et 950 C, et
d'appliquer une pression située entre 20 x 105Nmn2 et 30 x lO5Nm'2.
18 2819295
17.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 16, dans
lequel l'étape (e) comprend de chauffer à une température située entre
700 C et 850 C.
18.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 16, dans
lequel l'étape (e) comprend de chauffer à une température située entre
850 C et 950 C.
19.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 18, dans
lequel les au moins deux pièces métalliques à usiner (70, 72) comprennent
du titane ou un alliage de titane.
20.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 11l à 19, dans
lequel le matériau d'amortissement de vibrations (56) comprend un polymère.
21.- Procédé selon la revendication 20, dans lequel le matériau
d'amortissement de vibrations (56) comprend une résine époxy structurelle.
22.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 21, dans
lequel le matériau d'amortissement de vibrations (56) contient des microsphères de verre, des microsphères de polymère ou un mélange de
microsphères de verre et de microsphères de polymère.
23.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 22, dans
lequel le matériau d'amortissement de vibrations (56) est formé en mélangeant un polymère terminé par une amine et une résine époxy
bisphénol a-épichlorohydrine.
24.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 23, dans
lequel l'étape (f) comprend de rincer séquentiellement l'intérieur creux (54) de la pale de turbomachine (26) avec de l'acide nitrique, un agent neutralisant et de l'eau pour retirer le matériau de masquage à partir des surfaces internes (58, 60) de l'intérieur creux (54) de la pale de
turbomachine (26).
25.- Procédé selon la revendication 14, comprenant avant l'étape (g) ou après l'étape (g), l'étape d'usiner le pied (40) de la pale de turbomachine
(26) pour former un pied en queue d'aronde ou un pied en sapin.
26.- Procédé selon la revendication 14, comprenant avant l'étape (g) l'étape de lier le pied (40) de la pale de turbomachine (26) à un rotor de
turbomachine (24).
27.- Procédé selon la revendication 26, dans lequel le liage comprend un soudage à frottement, un soudage à frottement linéaire ou une liaison
par diffusion.
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