FR2974395A1 - Directrice pour machine hydraulique, son procede de fabrication et machine hydraulique comprenant au moins une telle directrice - Google Patents

Abstract

Cette directrice (1) pour machine hydraulique comprend une pale de guidage d'un écoulement (E) et au moins un tourillon (4) conçu pour entrainer en rotation la pale. La directrice (1) de l'invention est fabriquée en assemblant des pièces (4, 34, 35) par un procédé de soudage par faisceau d'électrons.

Description

DIRECTRICE POUR MACHINE HYDRAULIQUE, SON PROCEDE DE FABRICATION ET MACHINE HYDRAULIQUE COMPRENANT AU MOINS UNE TELLE DIRECTRICE

La présente invention concerne une directrice pour machine hydraulique, ainsi qu'une machine hydraulique comprenant au moins une telle directrice. Dans le cadre de l'invention, une machine hydraulique peut être une turbine ou une turbine-pompe. Les directrices comprennent une pale et sont disposées autour de la roue de la machine hydraulique. Un tourillon est rattaché à la pale et est manoeuvré en rotation par un cercle de vannage. Les directrices ont pour fonction le réglage du débit de l'écoulement qui traverse la roue. Dans le cas des turbines, par exemple les turbines Francis et Kaplan ou les groupes bulbe, les directrices sont généralement creuses et il est connu de les fabriquer en soudant entre elles plusieurs pièces. De manière classique, les procédés de soudage utilisés, par exemple le soudage automatique sous flux ou le soudage avec fil fourré, sont relativement lents à mettre en oeuvre compte tenu de l'épaisseur des pièces à souder. Plusieurs passes de soudage sont nécessaires pour mettre en place plusieurs cordons de soudure entre les pièces à assembler. De manière classique, les directrices pour turbine-pompe sont pleines et sont en acier moulé ou forgé, y compris le tourillon. La résistance mécanique de telles directrices est importante devant l'intensité relativement faible des efforts auxquels elle est soumise et, par conséquent, la masse de la directrice est relativement élevée, ce qui n'est pas satisfaisant. C'est à ses inconvénients qu'entend plus particulièrement remédier l'invention en proposant une directrice de masse réduite dont la fabrication est relativement rapide.

A cet effet, l'invention a pour objet une directrice pour machine hydraulique, comprenant une pale de guidage d'un écoulement et au moins un tourillon conçu pour entrainer en rotation la pale. Selon l'invention, la directrice est fabriquée en assemblant des pièces par un procédé de soudage par faisceau d'électrons. Grâce à l'invention, le procédé de soudage par faisceau d'électrons permet une fabrication relativement rapide de la directrice par rapport aux procédés de soudage classiques. Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, une telle directrice peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises dans toute combinaison techniquement admissible : - les matériaux respectifs d'une première pièce et d'une deuxième pièce de la directrice ne sont pas soudables directement l'un à l'autre, tandis que le matériau d'apport d'un joint de soudure ou une troisième pièce de la directrice, intercalé(e) entre les première et deuxième pièces, est soudable directement avec l'un et l'autre des matériaux respectifs de la première pièce et de la deuxième pièce ; la première pièce est en acier au carbone, la seconde pièce est en acier martensitique et le matériau d'apport du joint de soudure ou la troisième pièce est constitué(e) d'un matériau soudable directement à la fois avec l'acier au carbone et l'acier martensitique; - le tourillon est soudé à la pale par un procédé de soudage par faisceau d'électrons ; - au moins une partie d'au moins un tourillon est fabriquée en une seule pièce avec au moins une partie de la pale, notamment par moulage ou forgeage ; - la pale est creuse et fabriquée en soudant par faisceau d'électrons des pièces en tôle qui constituent des faces latérales de la pale ; au moins une partie du tourillon est creuse.

L'invention concerne également une machine hydraulique comprenant au moins une telle directrice. Enfin, l'invention concerne un procédé de fabrication d'une telle directrice qui comprend une étape de soudage consistant à assembler, par soudage par faisceau d'électrons, au moins une première et une deuxième pièces constitutives de la directrice.

De manière avantageuse, lorsque la première pièce et la deuxième pièce sont réalisées dans des matériaux non soudables directement l'un à l'autre, un matériau d'apport d'un joint de soudure ou une troisième pièce, réalisé(e) dans un matériau soudable directement avec l'un et l'autre des matériaux respectifs de la première pièce et de la deuxième pièce, est intercalé(e) entre les première et deuxième pièces lors du soudage par faisceau d'électrons. De manière avantageuse, le procédé comprend une étape d'usinage se déroulant avant l'étape de soudage et dans laquelle les pièces sont usinées au niveau des joint de soudure, les pièces n'étant pas usinées à nouveau après l'étape de soudage. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre de cinq modes de réalisation d'une directrice conforme à l'invention, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue de face d'une directrice conforme à l'invention ; - la figure 2 est une coupe selon la ligne II-II à la figure 1 ; - la figure 3 est une vue, à plus grande échelle, du détail III à la figure 2 ; - les figures 4 à 6 sont des vues analogues à la figure 3, montrant des variantes de l'invention ; - la figure 7 est une vue, à plus grande échelle, du détail VII à la figure 2 ; - la figure 8 est une vue analogue à la figure 7, montrant une variante de l'invention ; - la figure 9 est une vue, à plus grande échelle, du détail IX à la figure 2 - les figures 10 et 11 sont des vues analogues à la figure 9, montrant des variantes de l'invention ; - la figure 12 est une coupe, à plus grande échelle, selon la ligne XII-XII à la figure 1 ; - la figure 13 est une vue analogue à la figure 12, quoique en éclaté, montrant une variante de l'invention ; - la figure 14 est une coupe axiale d'une directrice conforme à un second mode de réalisation de l'invention ; - la figure 15 est une coupe selon la ligne XV-XV à la figure 14 ; - la figure 16 est une vue, à plus grande échelle, du détail XVI à la figure 15 ; - la figure 17 est une vue, à plus grande échelle, du détail XVII à la figure 16 ; - la figure 18 est une coupe axiale d'une directrice conforme à un troisième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 19 est une coupe selon la ligne XIX-XIX à la figure 18 ; - la figure 20 est une vue de face d'une directrice conforme à un quatrième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 21 est une coupe axiale de la directrice de la figure 20 ; - la figure 22 est une vue de face d'une directrice conforme à un cinquième mode de réalisation de l'invention ; et - la figure 23 est une coupe axiale de la directrice de la figure 22. La figure 1 montre une directrice 1 appartenant à une machine hydraulique de type groupe bulbe. Un groupe bulbe ou groupe tubulaire est constitué d'une turbine installée avec l'axe de rotation de la roue en position horizontale.

La directrice 1 est fabriquée en assemblant entre elles plusieurs pièces au moyen d'un procédé de soudage par faisceau d'électrons. Selon ce procédé, on met en contact les pièces à souder. Puis, un faisceau d'électrons F est appliqué au niveau de l'interface entre les pièces à assembler, ce qui soude les pièces entre elles. En effet, le faisceau d'électrons pénètre dans la matière des pièces à assembler, et dégage de la chaleur qui fait fondre localement, à proximité du joint de soudure, les pièces à assembler. En refroidissant, la matière se solidifie, ce qui solidarise les pièces à assembler. Sur les figures, les joints de soudure sont représentés par des traits représentant schématiquement la pénétration du faisceau d'électrons dans la matière, étant entendu qu'en pratique le faisceau d'électrons agit sur la matière autour du trait représentant le joint de soudure.

La directrice 1 comprend une pale 2 ainsi qu'un tourillon 4 d'axe longitudinal Z1, prévu pour être relié à un organe non représenté appartenant au groupe bulbe et permettant de faire tourner la directrice 1 autour de l'axe Z1. Dans la suite, les adjectifs « supérieur » et « inférieur » font référence à l'orientation de la directrice 1 à la figure 1, où le tourillon 2 est en haut de l'axe Z1 tandis que la pale 2 est en bas de l'axe Z1. L'adjectif « transversal » qualifie un élément perpendiculaire à l'axe Z1 et l'adjectif « longitudinal » qualifie un élément qui s'étend en longueur parallèlement à l'axe Z1. La pale 2 comprend une partie supérieure 2a creuse et une partie inférieure 2b pleine. On note 23, une extrémité supérieure de la pale 2 et on note 24, une extrémité inférieure de la pale 2. La pale 2 est délimitée par une première face latérale 25 visible à la figure 1 et par une seconde face latérale 26 cachée derrière la première face latérale 25 à la figure 1 et visible en coupe à la figure 2. Les qualificatifs « interne » et « externe » qualifient des surfaces qui sont respectivement tournées vers l'intérieur et vers l'extérieur de la directrice 1. En service, les surfaces externes sont mouillées par un écoulement E de fluide qui passe le long des faces latérales 25 et 26. Les surfaces internes sont à l'intérieur de la pale 2. Les faces latérales 25 et 26 sont des surfaces externes qui s'étendent le long de l'axe Z1. Dans le plan de la figure 2, qui est perpendiculaire à l'axe Z1, les faces latérales 25 et 26 sont légèrement courbes et la pale 2 présente une section transversale en forme de profil d'aile d'avion. Un bord d'attaque 21 de la pale 2 est situé à droite aux figures 1 et 2 et un bord de fuite 22 de la pale 2 est situé à gauche aux figures 1 et 2. Les faces latérales 25 et 26 s'apparentent respectivement à l'extrados et à l'intrados d'une aile d'avion. La largeur de la pale 2, entre le bord d'attaque 21 et le bord de fuite 22, décroit le long de l'axe Z1, entre l'extrémité supérieure 23 et l'extrémité inférieure 24 de la pale 2. Le tourillon supérieur 4 est en une seule pièce et comprend un arbre 41 et une partie de liaison 42 qui est en forme de U dans le plan de la figure 1. La partie de liaison 42 est soudée à la partie supérieure 2a de la pale 2, au niveau de l'extrémité supérieure 23 de la pale 2.

Une pièce inférieure 32 constitue la partie inférieure 2b de la pale 2 et est soudée à la partie supérieure 2a. La pièce inférieure 32 est fabriquée par moulage ou par forgeage et un trou borgne 36 d'axe Z1 est réalisé au niveau de l'extrémité inférieure 24 de la pale 2. Le trou borgne 36 est destiné à recevoir un arbre pour le guidage en rotation de la directrice 1 autour de l'axe Z1. La partie supérieure 2a de la pale 2 comprend une première tôle latérale 34 dont une surface externe 25a constitue une partie supérieure de la première face latérale 25. Une seconde tôle latérale 35 est soudée à la première tôle latérale 34 au niveau du bord d'attaque 21 et du bord de fuite 22. Une tôle de fermeture supérieure 31 est sensiblement perpendiculaire à l'axe Z1 et est soudée à la fois à la première tôle latérale 34 et à la seconde tôle latérale 35, au niveau de l'extrémité supérieure 23 de la pale 2. Une nervure de rigidification 33 s'étend à l'intérieur de la partie supérieure 2a, parallèlement à l'axe Z1, et est soudée aux tôles latérales 34 et 35. La nervure 33 est une plaque allongée plane sensiblement perpendiculaire aux tôles latérales 34 et 35. La nervure 33 est délimitée par deux faces planes 331 et 332 parallèles. On note 333 et 334 des tranches de la nervure 33, qui sont perpendiculaires aux faces 331 et 332 et qui sont situées respectivement du côté des tôles latérales 34 et 35. Les pièces 31, 33, 34 et 35 et la partie de liaison 42 du tourillon 4 constituent ensemble la partie supérieure 2a de la pale 2. La partie de liaison 42 est soudée à la fois à la tôle de fermeture supérieure 31 et aux tôles latérales 34 et 35 et la pièce inférieure 32 est soudée à la fois aux tôles latérales 34 et 35.

La figure 3 montre plus en détail, en coupe transversale, un joint de soudure J1 qui est situé au niveau du bord d'attaque 21 et qui relie la tranche des tôles latérales 34 et 35. Le joint de soudure J1 s'étend le long du bord d'attaque 21, parallèlement à l'axe Z1. La première tôle latérale 34 est en acier au carbone et la seconde tôle latérale 35 est en acier martensitique. De manière connue, ces métaux ne sont pas compatibles pour être soudées ensemble. En d'autres termes, l'acier au carbone n'est pas soudable avec l'acier martensitique. Un matériau de remplissage, pouvant être un feuillard, de la poudre, un fil ou une matrice de fils, est intercalé entre tôles latérales 34 et 35. Ce matériau de remplissage est en acier austénitique et, par conséquent, le matériau de remplissage est soudable à la fois à la tôle latérale 34 et à la tôle latérale 35. Le matériau de remplissage constitue le joint de soudure J1 et assure une transition de soudabilité entre l'acier au carbone et l'acier martensitique. Dans une variante du joint de soudure J1 montré à la figure 3, les tôles latérales 34 et 35 sont toutes les deux constituées du même matériau, par exemple de l'acier au carbone. Dans ce cas, il n'est pas nécessaire d'intercaler un matériau d'apport au niveau du joint de soudure J1 car le procédé de soudage est homogène, autrement dit, les tôles latérales 34 et 35 sont directement soudables entre elles.

Les figures 4 à 6 montrent trois variantes dans lesquelles une pièce supplémentaire 38 est interposée entre les tôles latérales 34 et 35, au niveau du bord d'attaque 21. Dans ces trois variantes, la pièce 38 est soudée à la fois à la tranche de la première tôle latérale 34 et à la tranche de la seconde tôle latérale 35. Aux figures 4 et 6, un premier joint de soudure J11 est réalisé entre la pièce 38 et la tranche de la première tôle latérale 34 et un second joint de soudure J12 est réalisé entre la pièce 38 et la tranche de la seconde tôle latérale 35. A la figure 5, la pièce 38 présente une face plane qui est en contact à la fois avec la tranche de la première tôle latérale 34 et avec la tranche de la seconde tôle latérale 35. De cette manière, un unique joint de soudure J13 plan relie la pièce 38 et les tôles latérales 34 et 35. Dans le cas des joints de soudure J11, J12 et J13, la pièce 38 est directement en contact à la fois avec la première tôle latérale 34 et avec la seconde tôle latérale 35, sans l'intermédiaire d'un matériau de remplissage. La pièce 38 est en acier austénitique et assure une transition de soudabilité entre les aciers des tôles latérales 34 et 35.

Dans les variantes représentées aux figures 4, 5 et 6, les tôles latérales 34 et 35 peuvent être toutes les deux fabriquées à partir d'une même nuance d'acier, par exemple de l'acier au carbone. Dans ce cas, la pièce 38 peut être choisie également en acier carbone, de sorte qu'il n'est pas nécessaire d'employer un matériau d'apport au niveau des joints de soudure J11 et J12.

La pièce intermédiaire 38 permet une fabrication plus aisée de la directrice 1. En effet, dans la configuration de la figure 3, il est relativement complexe de réaliser la géométrie des extrémités des tôles latérales situées au niveau du bord d'attaque 21, compte tenu de la courbure de ces extrémités. La pièce intermédiaire 38 permet de simplifier la géométrie des bords des tôles latérales 34 et 35, au niveau du bord d'attaque 21. La figure 7 montre plus en détail, en coupe transversale, un joint de soudure J2 qui est situé au niveau du bord de fuite 22 et qui relie la tranche de la première tôle latérale 34 à une face interne de la seconde tôle latérale 35. La tranche de la première tôle latérale 34 est biseautée. Le joint de soudure J2 s'étend longitudinalement le long du bord de fuite 22. La figure 8 montre une variante dans laquelle une pièce intermédiaire 39 est intercalée entre les tôles latérales 34 et 35, au niveau du bord de fuite 22. Cette pièce intermédiaire 39 est en forme de prisme droit à base sensiblement triangulaire et présente une face plane qui est soudée à la fois à la tranche de la première tôle latérale 34 et à la tranche de la seconde tôle latérale 35. Dans cette variante, le joint de soudure J2 s'étend sur la face de la pièce 39 qui est en contact avec les tranches des tôles latérales 34 et 35.

Le faisceau d'électrons F est appliqué de part et d'autre du joint de soudure J2, au niveau des faces latérales 25 et 26 de la pale 2 mais en variante il est possible d'appliquer le faisceau d'électrons sur une seule face latérale 25 ou 26. La figure 9 montre plus en détail, en coupe transversale, un joint de soudure J3 qui relie la tranche 333 de la nervure 33 à une face interne de la première tôle latérale 34. Un joint de soudure similaire au joint J3 relie l'autre tranche de la nervure 33 à la face interne de la seconde tôle latérale 35. Le joint de soudure J3 s'étend parallèlement à l'axe Z1 et est réalisé dans l'épaisseur de la tôle de la nervure 33. Le joint J3 est sensiblement perpendiculaire à la première tôle latérale 34 et est sensiblement perpendiculaire à la tranche 333 de la nervure 33. La figure 10 montre une variante du joint de soudure J3 dans laquelle deux joints J31 et J32 parallèles similaires au joint J3 sont réalisés dans l'épaisseur de la tranche 331 de la nervure 33. La figure 11 montre une autre variante dans laquelle la nervure 33 traverse première la tôle latérale 34 et affleure la première face latérale 25. Ainsi, la première tôle latérale 34 est en deux parties disjointes agencées de part et d'autre de la nervure 33. Un agencement semblable peut être utilisé au niveau de la seconde face latérale 26 de la pale 2. Le joint de soudure J3 est remplacé par deux joints de soudure J33 et J34 parallèles qui s'étendent au niveau des tranches des deux parties de la première tôle latérale 34, contre les faces 331 et 332 de la nervure 33. La figure 12 montre l'extrémité supérieure 23 de la pale 2 dans un plan de coupe qui passe par la ligne XII-XII à la figure 1 et qui est perpendiculaire au plan de la figure 1. Des joints de soudure J4 et J5 relient les tranches des tôles latérales 34 et 35 à une face interne 311 de la tôle de fermeture supérieure 31. Dans l'exemple de la figure 12, les tôles latérales 34 et 35 ainsi que la tôle de fermeture supérieure 31 sont constituées du même matériau, par exemple de l'acier au carbone, de sorte qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser un matériau d'apport. La figure 13 montre en éclaté une variante dans laquelle des rainures sont réalisées au niveau de la face interne 311 de la tôle de fermeture supérieure 31 de manière à former des épaulements 312 et 313 contre lesquels les faces internes des tôles latérales 34 et 35 sont destinées à venir en appui. Des joints de soudure J41 et J51 relient les tranches des tôles latérales 34 et 35 à la face interne 311 de la tôle de fermeture supérieure 31. Dans l'exemple de la figure 13, les tôles latérales 34 et 35 sont en acier au carbone, tandis que la tôle de fermeture supérieure 31 est en acier martensitique. L'acier au carbone n'étant pas directement soudable à l'acier martensitique, un matériau d'apport sous la forme d'un feuillard 6 en acier austénitique est intercalé au niveau des joints de soudure J41 et J51, entre les tôles latérales 34 et 35 et la tôle de fermeture supérieure 31. Les figures 14 à 17 montrent un deuxième mode de réalisation dans lequel les éléments similaires à ceux du premier mode de réalisation portent les mêmes références numériques que ceux du premier mode, incrémentées de 100. Dans ce qui suit, les éléments similaires à ceux du premier mode de réalisation ne sont pas décrits en détail. La figure 14 montre une directrice 101 qui est destinée à équiper une turbine Francis et qui comprend une pale 102 creuse ainsi qu'un tourillon 104 d'axe Z101. On note 123, une extrémité supérieure de la pale 102 et on note 124, une extrémité inférieure de la pale 102. La pale 102 est délimitée par une première face latérale 125 et par une seconde face latérale 126. Dans le plan de la figure 15, qui est perpendiculaire à l'axe Z101, les faces latérales 125 et 126 sont légèrement courbes et la pale 102 présente une section transversale, prise perpendiculairement à l'axe Z101, en forme de profil d'aile d'avion. Un bord d'attaque 121 de la pale 102 est situé à droite aux figures 14 et 15 et un bord de fuite 122 de la pale 2 est à gauche aux figures 14 et 15. La largeur de la pale 102, entre le bord d'attaque 121 et le bord de fuite 122, est constante. La directrice 101 est fabriquée en assemblant entre elles plusieurs pièces au moyen d'un procédé de soudage par faisceau d'électrons.

Le tourillon 104 est en une seule pièce et comprend une partie supérieure 141 qui dépasse à l'extérieur de la pale 102, au dessus de l'extrémité supérieure 123 de la pale 102. Une partie inférieure 142 du tourillon 104 dépasse à l'extérieur de la pale 102, en dessous de l'extrémité inférieure 124 de la pale 102. Une partie centrale 143 du tourillon 104, qui s'étend entre les parties 141 et 142 du tourillon 104, est logée à l'intérieur de la pale 102. La suite de la description concerne la pale 102. La pale 2 comprend quatre tôles latérales 134, 135, 136 et 137. Les tôles latérales 134 et 135 sont agencées de part et d'autre d'une surface externe 1431 de la partie centrale 143 du tourillon 104, du côté de la première face latérale 125 de la pale 102. De même, les tôles latérales 136 et 137 sont agencées de part et d'autre d'une surface externe 1432 de la partie centrale 143 du tourillon 104, du côté de la seconde face latérale 126 de la pale 102. Le long du bord d'attaque 121, les tranches des tôles latérales 135 et 137 sont soudées entre elles, parallèlement à l'axe Z101. Ainsi, les tranches des tôles latérales 135 et 137 sont reliées par un joint de soudure J6 analogue au joint de soudure J1 de la figure 3. Le long du bord de fuite 122, une pièce supplémentaire 139 est intercalée entre les tôles latérales 134 et 135. Cette pièce intermédiaire 139 est en forme de prisme droit à base sensiblement triangulaire et présente une face plane qui est soudée à la fois à la tranche de la première tôle latérale 134 et à la tranche de la seconde tôle latérale 135. Ainsi, un joint de soudure J7 plan analogue au joint de soudure J13 de la figure 5 relie la pièce 139 et les tôles latérales 134 et 135.

Une tôle de fermeture supérieure 131 est sensiblement perpendiculaire à l'axe Z101 et est soudée à la fois aux tôles latérale 134 à 137, au niveau de l'extrémité supérieure 123 de la pale 102. Une tôle de fermeture inférieure 132 est sensiblement perpendiculaire à l'axe Z101 et est soudée à la fois aux tôles latérales 134 à 137, au niveau de l'extrémité inférieure 124 de la pale 102. Les pièces 131, 132, 134, 135, 136, 137 et 139 constituent ensemble la pale 102. Le tourillon 104 est soudé à la fois à la tôle de fermeture supérieure 131 et à la tôle de fermeture inférieure 132, au niveau des parois latérales de découpes 105. La figure 16 montre plus en détail, en coupe transversale, un joint de soudure J101 qui s'étend le long de l'axe Z101 et qui relie la partie centrale 143 du tourillon 104 à la tranche 1373 de tôle latérale 137. Des joints de soudures analogues relient la partie centrale 143 du tourillon 104 aux tôles latérales 134, 135 et 136. Comme le montre la figure 16, une rainure en forme de dièdre rentrant est réalisée dans le tourillon 104, le long de l'axe Z101. La géométrie et les dimensions de la rainure sont prévues pour venir au contact de la tranche 1373 et de la face interne de la tôle latérale 137. La figure 17 montre en coupe longitudinale, un joint de soudure J102 qui relie le tourillon 104 à la paroi latérale du trou 105 réalisé dans la tôle inférieure 132. Les figures 18 et 19 correspondent à un troisième mode de réalisation dans lequel les éléments similaires à ceux du second mode de réalisation portent les mêmes références numériques que ceux du second mode de réalisation, incrémentées de 100. Dans ce qui suit, on s'attache à décrire uniquement les éléments d'une directrice 201 qui sont différents de ceux de la directrice 101 du seconde mode de réalisation. La directrice 201 comprend une pale 202 creuse ainsi qu'un tourillon 104 tri-partite d'axe Z201. La directrice 201 est fabriquée en assemblant entre elles plusieurs pièces au moyen d'un procédé de soudage par faisceau d'électrons. Le tourillon 204 est fabriqué en assemblant une partie supérieure 241 qui dépasse à l'extérieur de la pale 202, au dessus de l'extrémité supérieure 223 de la pale 202. Une partie inférieure 242 du tourillon 204 dépasse à l'extérieur de la pale 202, en dessous de l'extrémité inférieure 224 de la pale 202. Une partie centrale 243 du tourillon 204 est une plaque de tôle qui s'étend longitudinalement entre les parties 241 et 242 du tourillon 204 et qui est logée à l'intérieur de la pale 202. Les extrémités supérieures et inférieures de la partie centrale 243 sont soudées par faisceau d'électrons F aux parties 241 et 242 du tourillon 204. Une pièce supplémentaire 238 analogue à la pièce 38 de la figure 4 est interposée entre les tôles latérales 235 et 237, au niveau du bord d'attaque 221. La pièce 238 est soudée à la fois à la tranche de la tôle latérale 235 et à la tranche de la tôle latérale 237. Les figures 20 et 21 correspondent à un quatrième mode de réalisation de l'invention et montrent une directrice 301 destinée à équiper une turbine-pompe. La directrice 301 comprend une pale 302 pleine, fabriquée par moulage ou forgeage, un tourillon supérieur 304 relié à l'extrémité supérieure 323 de la pale 302 et un tourillon inférieur 305 relié à l'extrémité inférieure 324 de la pale 2. Le tourillon supérieur 304 est en trois parties assemblées entre elles au moyen d'un procédé de soudage par faisceau d'électrons. Une partie supérieure 3041 pleine, globalement cylindrique, est soudée à une partie centrale 3042 du tourillon supérieur 304, au niveau d'un joint de soudure J10. La partie centrale 3042 est creuse et est en forme de tube. Une partie inférieure 3043 du tourillon supérieur 304 est soudée à l'extrémité inférieure de la partie centrale 3042, au niveau d'un joint de soudure J11. La partie inférieure 3043 du tourillon supérieur 304, la pale 2 et le tourillon inférieur 305 sont en peuvent être fabriqués ensemble, d'une seule pièce, par moulage ou par forgeage. Autrement dit, lors de la fabrication de la directrice 301, on réalise une pièce monobloc 306 qui comprend une partie supérieure constituant la partie inférieure 3043 du tourillon supérieur 304, une partie centrale constituant la pale 302 et une partie inférieure constituant le tourillon inférieur 305. On peut utiliser de l'acier au carbone pour réaliser la partie supérieure 3041 du tourillon supérieur 304, de l'acier austénitique pour réaliser le tube central 3042 et de l'acier martensitique pour réaliser la partie inférieure 3043. Ainsi, le soudage par faisceau d'électrons au niveau des joints de soudure J10 et J11 permet d'assurer une transition de soudabilité entre les matériaux des pièces 3041 et 3043 qui ne sont pas directement soudables entre elles. Les figures 22 et 23 correspondent à un cinquième mode de réalisation de l'invention et montrent une directrice 401 destinée à équiper une turbine-pompe. Dans la suite, on s'attache à décrire les éléments de la directrice 401 qui diffèrent de la directrice 301 du quatrième mode de réalisation. Aux figures 22 et 23, les éléments similaires à ceux du quatrième mode de réalisation portent les mêmes références numériques, incrémentées de 100.

La directrice 401 comprend une pale 402 pleine, fabriquée par moulage ou forgeage, un tourillon supérieur 404 relié à l'extrémité supérieure 423 de la pale 402 et un tourillon inférieur 405 relié à l'extrémité inférieure 424 de la pale 402. La directrice 401 se compose de plusieurs pièces soudées entre elles au moyen d'un procédé de soudage par faisceau d'électrons. Une partie inférieure 4043 du tourillon supérieur 404 comprend une partie de liaison 4044 soudée par faisceau d'électrons à l'extrémité supérieure 423 de la pale 402. On note J8 un joint de soudure, réalisé au moyen d'un faisceau d'électrons, qui relie la pale 402 au tourillon supérieur 404. La partie de liaison 4044 est délimitée par des faces latérales 4045 et 4046 qui sont dans l'alignement respectif des faces latérales 425 et 426 de la pale 402. Des pions de centrage 406 sont logés dans des trous borgnes parallèles à l'axe Z403 et réalisés à la fois dans la partie de liaison 4044 et dans l'extrémité supérieure 423 de la pale 402. De la même manière, le tourillon inférieur 405 comprend une partie de liaison 4054 analogue à la partie de liaison 4044 du tourillon supérieur 404. La partie de liaison 4054 est soudée par faisceau d'électrons à l'extrémité inférieure 424 de la pale 402. On note J9, un joint de soudure, réalisé au moyen d'un faisceau d'électrons, qui relie la pale 402 au tourillon inférieur 405. Les directrices 301 et 401 sont plus légères que les directrices de turbine-pompe de l'art antérieur, car les parties centrales des tourillons supérieurs 304 et 404 sont creuses. La géométrie des tourillons supérieurs 304 et 404 assure une résistance mécanique satisfaisante des directrices 301 et 401, tout en réduisant la masse des directrices 301 et 401. La fabrication des directrices 1, 101, 201, 301 et 401 au moyen d'un procédé de soudage par faisceau d'électrons est relativement rapide par rapport aux procédés de soudage traditionnel.

Grâce au fait que les parties constitutives des directrices 1, 101, 201, 301 et 401 sont soudées ensemble par faisceau d'électron, il est possible d'utiliser un procédé de soudage hétérogène, c'est-à-dire d'assembler des pièces dont les matériaux respectifs sont non soudables l'un à l'autre, grâce à l'utilisation d'un matériau d'apport ou de remplissage soudable avec l'un et l'autre des matériaux respectifs des pièces. Par exemple, pour une première pièce à souder en acier au carbone, et une deuxième pièce en acier martensitique, on utilise un matériau de remplissage composé d'acier austénitique, car l'acier au carbone qui compose la première pièce n'est pas directement soudable avec l'acier martensitique qui compose la deuxième pièce, mais l'acier austénitique qui compose le matériau de remplissage est soudable, d'une part, avec l'acier au carbone et, d'autre part, avec l'acier martensitique.

En variante, le matériau de remplissage n'est pas de l'acier austénitique mais un métal pouvant être soudé à la fois avec les matériaux des première et deuxième pièce, par exemple un alliage de nickel et de chrome. Ceci s'applique à tous les modes de réalisation décrits, ainsi qu'à leurs variantes.

Ce matériau de remplissage peut être amené sous la forme du joint de soudure, comme mentionné ci-dessus pour le joint J1. Si nécessaire, en fonction des matériaux respectifs des pièces concernées, les joints J2 à J 11, J31 à J34, J41, J51, J101 et J102 peuvent être du même type que le joint J1. Le matériau de remplissage peut être apporté sous la forme d'une pièce intermédiaire, intercalée entre les deux pièces dont les matériaux ne sont pas directement soudables, comme la pièce 38 dans le premier mode de réalisation. Ceci s'applique aux autres modes de réalisation. De façon tout à fait avantageuse, toutes les pièces constitutives d'une directrice peuvent être usinées avant d'être assemblées par soudage par faisceau d'électrons, conformément à l'invention, sans nécessiter d'une reprise d'usinage ultérieure. En effet, le soudage par faisceau d'électrons induit peu de retrait ou d'autres modifications dimensionnelles dans les pièces soudées qui conservent donc leur géométrie et n'ont pas besoin d'être usinées à nouveau après soudage. Ainsi, le procédé de soudage de l'invention comprend une étape d'usinage se déroulant avant l'étape de soudage et dans laquelle les pièces à assembler sont usinées au niveau des joints de soudure. Selon ce procédé, les pièces ne sont pas usinées à nouveau après l'étape de soudage. En outre, les caractéristiques des différents modes de réalisation et variantes décrits ci-dessus peuvent être combinés entre elles, partiellement ou totalement. Par exemple, les pales 2, 102 et 202 peuvent être pleines.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS1.- Directrice (1 ; 101 ; 201 ; 301 ; 401) pour machine hydraulique, comprenant une pale (2 ; 102 ; 202 ; 302 ; 402) de guidage d'un écoulement (E) et au moins un tourillon (4 ; 104 ; 204 ; 304, 305 ; 404, 405) conçu pour entrainer en rotation la pale, caractérisée en ce que la directrice (1 ; 101 ; 201 ; 301 ; 401) est fabriquée en assemblant des pièces (4, 31-35, 38, 39 ; 104, 131, 132, 134-137, 139 ; 204, 235, 237, 238 ; 3041, 3042, 306 ; 402, 405, 4043) par un procédé de soudage par faisceau d'électrons (F).

   2.- Directrice (1 ; 101 ; 201 ; 301 ; 401) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les matériaux respectifs d'une première pièce (34 ; 34, 35 ; 3041) et d'une deuxième pièce (35 ; 31 ; 306) de la directrice (1 ; 101 ; 201 ; 301 ; 401) ne sont pas soudables directement l'un à l'autre, tandis qu'un matériau d'apport (6) d'un joint de soudure (J1-J102) ou une troisième pièce (38 ; 3042) de la directrice (1 ; 101 ; 201 ; 301 ; 401), intercalé(e) entre les première et deuxième pièces, est soudable directement avec l'un et l'autre des matériaux respectifs de la première pièce et de la deuxième pièce.

   3.- Directrice (1 ; 101 ; 201 ; 301 ; 401) selon la revendication 2, caractérisée en ce que la première pièce (34 ; 34, 35 ; 3041) est en acier au carbone, en ce que la seconde pièce (35 ; 31 ; 306) est en acier martensitique et en ce que le matériau d'apport (6) du joint de soudure (J1-J102) ou la troisième pièce (38 ; 3042) est constitué(e) d'un matériau soudable directement à la fois avec l'acier au carbone et l'acier martensitique.

   4.- Directrice (1 ; 101 ; 201) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le tourillon (4 ; 104 ; 204) est soudé à la pale (2 ; 102 ; 202) par un procédé de soudage par faisceau d'électrons (F).

   5.- Directrice (301 ; 401) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'au moins une partie (3043 ; 4044, 4054) d'au moins un tourillon (304, 305 ; 404 ; 405) est fabriquée en une seule pièce avec au moins une partie de la pale (302 ; 402), notamment par moulage ou forgeage.

   6.- Directrice (1 ; 101 ; 201) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la pale (2 ; 102 ; 202) est creuse et fabriquée en soudant par faisceau d'électrons (F) des pièces (34, 35 ; 134-137 ; 235, 237) en tôle qui constituent des faces latérales (25, 26 ; 125, 126 ; 225, 226) de la pale (2 ; 102 ; 202).

   7.- Directrice (1 ; 101 ; 201 ; 301 ; 401) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'au moins une partie (3042) du tourillon (304 ; 404) est creuse.

   8.- Machine hydraulique, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une directrice (1 ; 101 ; 201 ; 301 ; 401) selon l'une des revendications précédentes.

   9.- Procédé de fabrication d'une directrice (1 ; 101 ; 201 ; 301 ; 401) pour machine 10 hydraulique, comprenant une pale (2 ; 102 ; 202 ; 302 ; 402) de guidage d'un écoulement (E) et au moins un tourillon (4 ; 104 ; 204 ; 304, 305 ; 404, 405) conçu pour entrainer en rotation la pale, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de soudage consistant à assembler, par soudage par faisceau d'électrons (F), au moins une première et une deuxième pièces (4, 31-35, 38, 39 ; 104, 131, 132, 134-137, 139 ; 204, 235, 237, 238 ; 15 3041, 3042, 306 ; 402, 405, 4043) constitutives de la directrice (1 ; 101 ; 201 ; 301 ; 401).

   10.- Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que, lorsque les première pièce (34 ; 34, 35 ; 3041) et la deuxième pièce (35 ; 31 ; 306) sont réalisées dans des matériaux non soudables directement l'un à l'autre, un matériau d'apport (6) d'un joint de 20 soudure (J1-J102) ou une troisième pièce (38 ; 3042), réalisé(e) dans un matériau soudable directement avec l'un et l'autre des matériaux respectifs de la première pièce et de la deuxième pièce, est intercalé(e) entre les première et deuxième pièces lors du soudage par faisceau d'électrons (F). 25

   11.- Procédé selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape d'usinage se déroulant avant l'étape de soudage et dans laquelle les pièces (4, 31-35, 38, 39 ; 104, 131, 132, 134-137, 139 ; 204, 235, 237, 238 ; 3041, 3042, 306 ; 402, 405, 4043) sont usinées au niveau des joints de soudure (J1-J102), les pièces n'étant pas usinées à nouveau après l'étape de soudage. 30