FR2988022A1 - Procede de fabrication d'un secteur de stator a aubes creuses pour turbine a gaz. - Google Patents

Abstract

Procédé de fabrication par fonderie à la cire perdue dans un moule d'injection de cire d'un secteur de stator pour turbine à gaz comprenant une pluralité d'aubes (6), entre une plateforme (8) radialement intérieure et une plateforme radialement extérieure, à l'intérieur desquelles est ménagée une cavité interne, le secteur comprenant une bride (9) s'étendant radialement intérieurement, de laquelle s'étend transversalement une patte aval (30) configurée pour recevoir, sur sa surface intérieure, un élément monobloc en matériau abradable (32), le procédé comprenant les étapes suivantes : - (E0) positionnement sur des douilles de maintien du moule, disposées côte à côte, d'une pluralité de noyaux, - (E1) injection de cire dans le moule autour desdites pales de sorte à créer un modèle en cire, - (E2) démoulage du modèle en cire, - (E3) création d'un moule carapace en matière céramique autour dudit modèle en cire, - (E4) coulage de métal en fusion dans le moule carapace de sorte à remplacer la cire dans le moule carapace par ledit métal, - (E5) élimination du noyau, procédé caractérisé en ce que l'étape (E1) d'injection de cire configure la bride (27') en amont de sorte à autoriser le retrait des douilles.

Description

Procédé de fabrication d'un secteur de stator à aubes creuses pour turbine à gaz L'invention concerne un procédé de fabrication d'un secteur de stator à aubes creuses pour la turbine d'un moteur à turbine à gaz pour aéronef et également un tel secteur.

Afin d'alléger la masse d'un stator de turbine à gaz d'aéronef ou de faire circuler de l'air de refroidissement, il est connu de ménager une ou plusieurs cavités à l'intérieur d'une ou plusieurs aubes du stator à l'aide d'un noyau céramique permettant, dans le procédé de fabrication par fonderie à la cire perdue, de réserver un emplacement pour ladite ou lesdites cavités.

On connaît ainsi un noyau comprenant, pour la fabrication d'un secteur de stator comportant une pluralité d'aubes creuses entre une plateforme radialement intérieure et une plateforme radialement extérieure, une pluralité de pales, chacune d'entre elles étant conformée pour réaliser une cavité interne longitudinale dans l'aube correspondante. Le noyau est d'abord placé dans un moule d'injection de cire puis, lors de l'opération d'injection de cire, l'espace est comblé par la cire et l'ensemble forme un modèle dit « brut ». Un moule carapace en matière céramique vient ensuite envelopper le modèle brut. Puis, lors de l'opération de fonderie proprement dite, qui consiste en la coulée d'un métal en fusion, par exemple un alliage base nickel, dans le moule carapace, la cire est éliminée et le métal coulé vient combler les vides laissés par la cire. Le noyau céramique est ensuite dissous de manière à laisser place aux cavités correspondantes. Le secteur obtenu comprend ainsi une pluralité d'aubes à l'intérieur de chacune desquelles est ménagée une cavité interne. Afin de maintenir en place, avant l'injection de cire, les noyaux formant lesdites cavités, chaque noyau est monté sur une douille du moule d'injection de cire. Une fois l'injection de cire réalisée, le démoulage du modèle brut implique une étape de retrait des douilles. Cependant, un problème se pose lorsqu'une portion de matière du modèle brut gêne le retrait des douilles disposées côte-à-côte sensiblement parallèlement à la bride. C'est le cas, par exemple, lorsque le modèle comprend une bride s'étendant radialement intérieurement de laquelle s'étendent transversalement une patte aval et une patte amont, la patte amont au droit duquel les douilles sont montées, sous la portion amont de la plateforme intérieure, les rendant difficile voire impossible à retirer. Chaque patte a pour fonction de permettre le montage, sur sa face intérieure, d'un élément en matériau abradable permettant la réalisation d'un double joint d'étanchéité avec respectivement deux léchettes annulaires fixées sur le rotor de turbine.

L'invention a pour but de résoudre au moins en partie les problèmes qui viennent d'être exposés. A cet effet, elle concerne un procédé de fabrication par fonderie à la cire perdue dans un moule d'injection de cire d'un secteur de stator pour turbine à gaz comprenant une pluralité d'aubes, entre une plateforme radialement intérieure et une plateforme radialement extérieure, à l'intérieur desquelles est ménagée une cavité interne. Le secteur comprend en outre une bride s'étendant radialement intérieurement, de laquelle s'étend transversalement une patte aval configurée pour recevoir, sur sa surface intérieure, un élément en matériau abradable. Le procédé comprend les étapes suivantes : - positionnement sur des douilles de maintien du moule, disposées côte à côte, d'une pluralité de noyaux de pales, - injection de cire dans le moule autour desdits noyaux de sorte à créer un modèle en cire, - création d'un moule carapace en matière céramique autour dudit modèle en cire, - coulage de métal en fusion dans le moule carapace de sorte à remplacer la cire dans le moule carapace par ledit métal, - élimination du noyau, le procédé étant innovant en ce que l'étape d'injection de cire configure la bride en amont de sorte à autoriser le retrait des douilles. Par les termes « intérieur », « radialement intérieurement » et « radialement intérieur », on entend plus proche de l'axe de la turbine et par le terme « extérieur » et « radialement extérieur », on entend par opposition plus éloigné de l'axe de la turbine. Par les termes « amont » et « aval », on entend l'amont et l'aval par rapport au sens du flux de gaz circulant dans la turbine. Par le terme « transversalement », on entend sensiblement parallèle à la direction du flux de gaz de la turbine. Par le terme « radialement », on entend sensiblement perpendiculaire à la direction du flux de gaz de la turbine.

Une telle configuration de la bride en amont peut consister, par exemple, en la suppression intégrale ou un fort raccourcissement de la patte amont de l'art antérieur ou en un remplacement de celle-ci par une nervure qui permet à la fois le retrait des douilles, un renforcement de la liaison entre la bride et la patte aval et un élargissement de la surface intérieure de montage de l'élément en matériau abradable. Le secteur de stator obtenu par le procédé est ainsi en outre plus léger, puisqu'il y a moins de matière, ce qui permet d'alléger globalement la masse de la turbine et donc de l'aéronef Ainsi, selon un aspect de l'invention, une seule patte, s'étendant transversalement de la bride vers l'aval, est formée lors de l'étape d'injection de cire de sorte à autoriser le retrait des douilles en amont de la bride. Selon un autre aspect de l'invention, une patte aval, s'étendant transversalement de la bride vers l'aval, et une nervure s'étendant de la bride transversalement vers l'amont est formée lors de l'étape d'injection de cire de sorte à autoriser le retrait des douilles en amont de la bride. Les douilles peuvent ainsi être aisément retirées pendant l'opération de démoulage du modèle brut en cire et un élément en matériau abradable peut ensuite être monté sur la surface intérieure de la patte aval dans une étape ultérieure à celle d'élimination du noyau. L'invention concerne aussi un secteur de stator pour turbine à gaz comprenant une pluralité d'aubes, entre une plateforme radialement intérieure et une plateforme radialement extérieure, à l'intérieur desquelles est ménagée une cavité interne. Le secteur comprend en outre une bride s'étendant radialement intérieurement, de laquelle s'étend transversalement une patte aval configurée pour recevoir sur sa surface intérieure un élément monobloc en matériau abradable. Le secteur est innovant en ce que l'élément monobloc en matériau abradable fait saillie transversalement en amont de la bride. Ainsi, en l'absence d'une patte amont de sensiblement même taille que la patte aval et sur laquelle se fixait un élément en matériau abradable dans l'art antérieur, l'élément monobloc en matériau abradable fixé sous la patte aval se prolonge transversalement en amont de la bride en lieu et place de l'élément en matériau abradable de l'art antérieur qui était montée sur la surface intérieure de la patte amont de sorte à remplir la même fonction, c'est-à-dire être couplé opérationnellement la léchette d'étanchéité correspondante fixée sur le rotor de turbine. L'élément monobloc en matériau abradable peut ainsi être rapporté sur la patte aval tout en s'étendant transversalement en amont de la plateforme comme s'il était fixé à une patte amont. Ceci présent l'avantage de n'avoir plus qu'un seul élément en matériau abradable à monter, au lieu de deux, sans pour autant modifier la configuration des éléments du rotor, à savoir le positionnement des deux léchettes de joint d'étanchéité, qui peuvent restées espacées de la même distance que celle de l'art antérieur.

Avantageusement, l'élément monobloc en matériau abradable est étagé de sorte à contourner la bride pour s'étendre transversalement, par exemple sensiblement entièrement, sous la surface intérieure de la patte aval et transversalement en amont de la bride, par exemple sensiblement sur la même surface. Un tel étagement peut être réalisé par exemple sous la forme d'un décrochement. Ceci permet à l'élément monobloc en matériau abradable d'affleurer de façon optimum les deux léchettes du rotor, par exemple en disposant chaque étage de l'élément monobloc de sorte que la surface intérieure correspondante soit sensiblement perpendiculaire à l'axe de la léchette associée. Selon un aspect de l'invention, le secteur comprend en outre une nervure faisant saillie transversalement en amont de la bride. Une telle nervure renforce la structure de la bride et permet une meilleure fixation de l'élément monobloc en matériau abradable. Sa fabrication autorise en outre le retrait des douilles lors de l'étape de démoulage de par sa dimension réduite transversalement en amont. Ainsi, avec l'invention, les douilles peuvent être aisément retirées après démoulage et l'utilisation d'un unique élément monobloc en matériau abradable, par exemple étagé, permet de ne pas avoir nécessairement à changer la configuration des éléments du rotor. L'invention concerne aussi un moteur à turbine à gaz pour un aéronef, comprenant au moins un secteur de stator de turbine tel que défini ci-dessus. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront lors de la description qui suit faite en regard des figures annexées données à titre d'exemples non limitatifs et dans lesquelles des références identiques sont données à des objets semblables. La figure 1 est une vue partielle en coupe longitudinale, selon la direction A-A', d'une turbine basse pression d'une turbine à gaz d'aéronef. La figure 2 est une vue partielle en coupe longitudinale, selon la direction A-A', d'une partie de turbine illustrant une configuration de la plateforme intérieure du stator de l'art antérieur. La figure 3 est une vue en coupe transversale d'une aube de stator de la turbine de la figure 1. La figure 4 est une vue en perspective d'une pluralité de noyaux pour la création de cavités dans des aubes de stator. La figure 5a est une vue en perspective d'une première forme de réalisation d'un modèle brut selon l'invention.

La figure 5b est une vue en perspective d'une deuxième forme de réalisation d'un modèle brut selon l'invention. La figure 6a est une vue de dessous partielle en perspective du modèle de la figure 5a.

La figure 6b est une vue de dessous partielle en perspective du modèle de la figure 5b. La figure 7a est une vue partielle en coupe longitudinale, selon la direction A-A', d'une partie de turbine illustrant une configuration de la plateforme intérieure du stator selon l'invention et correspondant au modèle brut de la figure 6a.

La figure 7b est une vue partielle en coupe longitudinale, selon la direction A-A', d'une partie de turbine illustrant une configuration de la plateforme intérieure du stator selon l'invention et correspondant au modèle brut de la figure 6b. La figure 8 illustre le procédé de fabrication selon l'invention.

Sur la figure 1 est représentée partiellement une turbine basse pression 1 d'une turbomachine d'aéronef. Une telle turbine 1 comprend un stator 2 et un rotor 3 comprenant une pluralité d'aubes mobiles 3'. Le stator 2 comprend une pluralité de distributeurs 4 à basse pression (DBP) répartis selon la direction A-A'. Chaque distributeur 4 comprend une pluralité de secteurs de stator annulaires. Chaque secteur annulaire comprend une pluralité d'aubes de stator 6, chacune des aubes 6 étant reliée d'une part à une plateforme radialement extérieure 7 et d'autre part à une plateforme radialement intérieure 8. La figure 2 illustre une plateforme radialement intérieure 8 de l'art antérieur. Une telle plateforme 8 comprend une bride annulaire 9 qui s'étend radialement vers l'axe de la turbine. 2 0 Une patte amont 10 s'étend transversalement en amont de la bride 9 et une patte aval 12 s'étend transversalement en aval de la bride 9. Un élément en matériau abradable 14 est monté sur la face intérieure de la patte amont 10. De même, un élément en matériau abradable 16 est monté sur la face intérieure de la patte aval 12. Les éléments 14 et 16 sont configurés pour coopérer avec des léchettes respectivement 18 et 20 de sorte à former un double joint 2 5 d'étanchéité à labyrinthes entre le stator 2 et le rotor 3. Une aube 6 du stator 2 se présente sous la forme d'une pièce longiligne, métallique. Dans une aube 6 creuse, comme illustrée par la figure 3, une cavité 22 est ménagée dans le centre de la pièce de sorte à alléger la masse de l'aube et donc globalement de la turbine et/ou permettre la circulation de gaz radialement vers l'intérieure du moteur. Une telle aube 6 3 0 creuse présente un profil aérodynamique. Sur la figure 4 est représentée une pluralité de noyaux de pales 14 longilignes. De tels noyaux de pale sont utilisés dans le procédé de fonderie à la cire perdue pour ménager des cavités dans les aubes de stator. Les noyaux 14 présentent ici la forme de la cavité 22, en référence à la figure 3. Chaque noyau est prolongé à son extrémité intérieure par un support 25 configuré pour être monté sur une douille d'un moule d'injection de cire. La figure 5a illustre un modèle 26a en cire. La forme du moule d'injection de cire permet de créer une plateforme radialement intérieure 27 de laquelle s'étend une bride 27' pour former une section sensiblement en forme de T. Une patte aval 28 s'étend transversalement vers l'aval. Le modèle brut 26a comprend en outre une plateforme 29 radialement extérieure sensiblement en forme de U inversé. La forme de réalisation illustrée par la figure 5a ne présente pas de patte en amont de la bride 27'. Ainsi, le côté amont de la bride 27' est substantiellement plan. Ceci permet de ménager l'espace nécessaire pour retirer aisément les douilles de maintien des pales 14, en référence à la figure 3, après l'injection de cire dans le moule qui créé le modèle brut. La figure 51) illustre un modèle 26b en cire qui diffère du modèle 26a illustré par la figure 5a par le fait qu'une nervure s'étend transversalement de la bride 27' vers l'amont. Une telle nervure est configurée pour autoriser le retrait des douilles tout en permettant un prolongement de la bride 27' transversalement vers l'amont de la turbine. Les éléments en cire du moule, notamment la plateforme 27, la bride 27', la patte aval 28, la nervure amont 29, seront remplacés par du métal lors de l'étape de coulée du métal en fusion qui fera fondre la cire dans le procédé décrit ci-après en référence à la figure 8. 2 0 Les figures 6a et 6b illustrent une vue de dessous des modèles bruts respectivement 5a et 51). L'espace ménagé sous la portion amont de la plateforme 27 a permis de retirer les douilles de maintien des noyaux lors du démoulage comme décrit ci-dessous en référence à la figure 8. Les figures 7a et 7b illustrent partiellement une turbine comprenant une bride 2 5 annulaire 9 et un élément monobloc en matériau abradable selon l'invention. Une première forme de réalisation, illustrée par la figure 7a, en lien avec les figures 5a et 6a, représente une bride annulaire 9 dépourvue de patte amont. Une patte aval 30 s'étend transversalement vers l'aval depuis la bride 9. Un élément monobloc en matériau abradable 32 est fixé sur la surface intérieure de la patte aval 30. L'élément monobloc en matériau 30 abradable 32 est étagé et comprend ici un décrochement. L'élément 32 est ainsi configuré pour que chaque étage coopère avec la léchette correspondante, respectivement 18 et20, du rotor. Une seconde forme de réalisation, illustrée par la figure 7b, en lien avec les figures 5b et 6b, représente une bride annulaire 9 dépourvue de patte amont mais comprenant à la place une nervure 34. Une patte aval 30 s'étend transversalement vers l'aval depuis la bride 9. Un élément monobloc en matériau abradable 32 est fixé sur la surface intérieure de la patte aval 30 et de la nervure 34. L'élément monobloc en matériau abradable 32 est étagé et comprend ici un décrochement. L'élément 32 est ainsi configuré pour que chaque étage coopère avec la léchette correspondante, respectivement 18 et20, du rotor.

La fabrication d'un secteur de stator selon l'invention est réalisée par un procédé de fonderie à la cire perdue, décrit ci-après en référence à la figure 8. Dans un tel procédé, les pales 14, par exemple en céramique, sont montées, lors d'une étape E0, sur les douilles d'un moule. Ainsi, une fois les noyaux positionnés sur les douilles du moule, ce dernier est refermé puis de la cire est injectée dans une étape El, enrobant notamment les noyaux, pour la réalisation du modèle brut du secteur de stator à fabriquer. La bride 27' du modèle brut, qui correspond à la bride 9 du secteur de stator, est ainsi configurée, lors de cette étape d'injection, pour autoriser le retrait des douilles lors de l'étape suivante de démoulage E2. Une fois les douilles retirées et le modèle brut démoulé, l'étape suivante E3 comprend 2 0 la réalisation d'un moule dit « carapace » en matière céramique, autour du modèle et dans lequel du métal en fusion est coulé dans une étape E4. La cire est éliminée avant ou lors de la coulée du métal en fusion et les évidements ainsi ménagés entre les noyaux et le moule carapace est rempli par le métal en fusion pour former le secteur de stator, les parties pleines du noyau devenant quant à elles des cavités 2 5 après élimination du noyau céramique dans une étape E5.

Claims (8)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication par fonderie à la cire perdue dans un moule d'injection de cire d'un secteur de stator pour turbine à gaz comprenant une pluralité d'aubes (6), entre une plateforme (8) radialement intérieure et une plateforme radialement extérieure, à l'intérieur desquelles est ménagée une cavité interne, le secteur comprenant une bride (9) s'étendant radialement intérieurement, de laquelle s'étend transversalement une patte aval (30) configurée pour recevoir, sur sa surface intérieure, un élément monobloc en matériau abradable (32), le procédé comprenant les étapes suivantes : - (E0) positionnement sur des douilles de maintien du moule, disposées côte à côte, d'une pluralité de noyaux, - (El) injection de cire dans le moule autour desdits noyaux de sorte à créer un modèle en cire, - (E2) démoulage du modèle en cire, - (E3) création d'un moule carapace en matière céramique autour dudit modèle en cire, - (E4) coulage de métal en fusion dans le moule carapace de sorte à remplacer la cire dans le moule carapace par ledit métal, - (E5) élimination des noyaux, procédé caractérisé en ce que l'étape (El) d'injection de cire configure la bride (27') en amont 2 0 de sorte à autoriser le retrait des douilles.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel une seule patte (28), s'étendant transversalement de la bride (27') vers l'aval, est formée lors de l'étape (El) d'injection de cire de sorte à autoriser le retrait des douilles en amont de la bride (27').
3. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel une patte aval (28), s'étendant 25 transversalement de la bride (27') vers l'aval, et une nervure (29) s'étendant de la bride (27') transversalement vers l'amont est formée lors de l'étape (El) d'injection de cire de sorte à autoriser le retrait des douilles en amont de la bride (27').
4. 4. Secteur de stator pour turbine à gaz comprenant une pluralité d'aubes (6), entre une plateforme (8) radialement intérieure et une plateforme radialement extérieure, à l'intérieur 3 0 desquelles est ménagée une cavité interne (22), le secteur comprenant en outre une bride (9) s'étendant radialement intérieurement, de laquelle s'étend transversalement une patte aval (30) configurée pour recevoir sur sa surface intérieure un élément monobloc en matériauabradable (32), le secteur étant caractérisé en ce que l'élément monobloc en matériau abradable (32) fait saillie transversalement en amont de la bride (9).
5. 5. Secteur selon la revendication 4, dans lequel l'élément monobloc en matériau abradable (32) est étagé de sorte à contourner la bride (9) pour s'étendre transversalement sous la surface intérieure de la patte aval (30) et transversalement en amont de la bride (9).
6. 6. Secteur selon l'une des revendications 4 ou 5, dans lequel l'élément monobloc en matériau abradable s'étend en amont de la bride (9) sensiblement sur la même surface que sous la patte aval (30).
7. 7. Secteur selon l'une des revendications 4 à 6, comprenant en outre une nervure (34) faisant saillie transversalement en amont de la bride (9).
8. 8. Turbine à gaz pour un aéronef, comprenant au moins un secteur de stator selon l'une des revendications 4 à 7.15