FR2990719A1 - Distributeur de turbomachine, et procede de fabrication - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne une pièce (2) de distributeur (1) de turbomachine, comprenant : - une plate-forme externe (3), - une plate-forme interne (4), - une ou plusieurs pales (5), espacées de façon circonférentielle autour d'un axe longitudinal (X-X) de la pièce (2), et dont les extrémités radiales sont fixées respectivement à la plate-forme interne (3) et à la plate-forme externe (4), - un élément (6) d'attache, s'étendant à partir de la plate-forme externe (3), pour la fixation de la pièce à un carter de la turbomachine, caractérisée en ce que l'élément (6) d'attache comprend, à ses extrémités situées de part et d'autre de l'axe longitudinal (X-X), deux pattes d'attache (6a, 6b) distinctes, pour la fixation de la pièce (2) au carter (7).

Description

Domaine de l'invention L'invention concerne un distributeur de turbomachine, et un procédé de fabrication.
Présentation de l'Art Antérieur Une turbomachine comprend un ou plusieurs distributeurs. Ce type de pièce permet notamment de diriger le flux gazeux selon un angle et une vitesse appropriés. Par exemple, mais non limitativement, il peut s'agir du distributeur de la turbine basse-pression, disposé en aval de la turbine haute-pression dans le sens de l'écoulement gazeux traversant la turbomachine. La Figure 1 représente schématiquement la jonction entre les turbines haute et basse pression d'une turbomachine classique. Sur cette figure, la turbine haute-pression 100 comporte une rangée d'aubes mobiles 102 espacées circonférentiellement autour d'un axe longitudinal 104 de la turbine. Comme représenté par la flèche 106, le flux gazeux issu de la turbine haute-pression s'écoule vers le distributeur 108 de la turbine basse-pression.
Le distributeur est notamment formé d'une pluralité d'aubes fixes 110 qui s'étendent radialement entre des plates-formes annulaires externe 112 et interne 114 formant support. Ces aubes fixes 110, qui sont également espacées circonférentiellement autour de l'axe longitudinal 104, permettent de diriger le flux gazeux issu de la turbine haute-pression selon un angle et une vitesse appropriés. Les surfaces internes 116, 118 des plates-formes externe 112 et interne 114 de support des aubes fixes 110 délimitent entre elles un canal aérodynamique 120 pour l'écoulement du flux gazeux.
Enfin, le distributeur comprend un élément d'attache amont 108 et un élément d'attache 109 aval, s'étendant à partir de la plate-forme externe, pour la fixation de la pièce à un carter de la turbomachine. Ces éléments d'attache, permettent, outre la fixation au carter, d'empêcher les fuites radiales du flux gazeux hors de la veine d'écoulement. Une difficulté majeure dans la conception de turbomachines, et de ses éléments comme le distributeur, est la réduction de la masse globale, qui doit également répondre à d'autres exigences de conception, comme la limitation des fuites du flux gazeux. Présentation de l'invention L'invention vise donc à réduire la masse du distributeur, tout en limitant les fuites du flux gazeux hors de la veine d'écoulement. A cet effet, l'invention propose une pièce de turbomachine, comprenant : - une plate-forme externe, - une plate-forme interne, - une ou plusieurs pales, espacées de façon circonférentielle autour d'un axe longitudinal de la pièce, et dont les extrémités radiales sont fixées respectivement à la plate-forme interne et à la plate-forme externe, - un élément d'attache, s'étendant à partir de la plate-forme externe, pour la fixation de la pièce à un carter de la turbomachine, caractérisée en ce que l'élément d'attache comprend, à ses extrémités situées de part et d'autre de l'axe longitudinal, deux pattes d'attache distinctes, pour la fixation de la pièce au carter. L'invention concerne également un distributeur de turbomachine, comprenant une pluralité de ces pièces, dont les plates-formes externes et internes sont disposées bout à bout et de manière concentrique autour d'un axe longitudinal. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une pièce telle que décrite précédemment.
L'invention permet de réduire la masse de la turbomachine, et de réduire le surplus matière au minimum fonctionnel.
L'invention permet également d'obtenir un procédé de fabrication simple et polyvalent. Enfin, l'invention permet de réduire la masse de la turbomachine, sans augmentation significative des coûts du procédé de fabrication.
Présentation des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - la Figure 1, déjà commentée, est une représentation d'un distributeur de turbomachine, de l'art antérieur ; - la Figure 2 est une représentation d'un mode de réalisation d'une pièce de distributeur de turbomachine, selon l'invention ; - la Figure 3 est une représentation d'un autre mode de réalisation d'une pièce de distributeur de turbomachine, selon l'invention ; - la Figure 4 est une représentation en coupe de la fixation du distributeur de turbomachine, au carter de la turbomachine; - les Figures 5 et 6 représentent des pièces d'un distributeur de turbomachine, de l'art antérieur ; - la Figure 7 est une représentation schématique d'une patte d'attache au carter ; - La Figure 8 est semblable à la Figure 2; - la Figure 9 est une représentation schématique d'étapes d'un mode de réalisation d'un procédé de fabrication selon l'invention. 25 Description détaillée On a représenté en Figures 2 et 3 un mode de réalisation d'une pièce 2 de distributeur 1 de turbomachine, selon l'invention. La pièce 2 comporte une pluralité de pales fixes 5 espacées de façon 30 circonférentielle autour d'un axe longitudinal X-X de la pièce. . L'extrémité radiale supérieure (ou sommet) 5b de chaque pale 5 est fixée à une plate-forme externe 3, qui la supporte.
De même, l'extrémité radiale inférieure (ou pied) 5c de chaque pale 5 est fixée à une plate-forme interne 4, qui la supporte. Les plates-formes 3, 4 interne et externe présentent une forme de type segment annulaire.
Un segment annulaire de plate-forme externe ou interne peut servir de support pour une seule ou pour plusieurs pales fixes. Dans un mode de réalisation, la pièce 2 comprend trois pales. Un distributeur de turbomachine comprend une pluralité de ces pièces, dont les plates-formes 3, 4 externes et internes sont disposées bout à bout et de manière concentrique autour d'un axe longitudinal (X-X) de la turbomachine. Le distributeur permet notamment de diriger le flux gazeux le traversant selon un angle et une vitesse appropriés. Un tel distributeur est notamment utilisé conjointement à une turbine ou à un redresseur dans une turbomachine.
Alternativement, il peut s'agir d'une unique pièce dans le cas où les plates-formes externe et interne réalisent chacune un anneau complet. Les surfaces internes 13, 14 des plates-formes externe 3 et interne 4 délimitent radialement un canal aérodynamique 15 d'écoulement du flux gazeux traversant le distributeur.
La direction d'écoulement du flux gazeux en amont du distributeur est schématisée par la flèche F. En général, les pales 5 fixes sont refroidies par l'introduction d'air provenant du compresseur haute-pression. La pièce 2 comprend un élément 6 d'attache, s'étendant à partir de la plate-forme externe 3, pour la fixation de la pièce à un carter 7 de la turbomachine (cf. Figure 4). Cet élément 6 d'attache comprend, à ses extrémités situées de part et d'autre de l'axe longitudinal (X-X), deux pattes d'attache distinctes 6a, 6b, pour la fixation de la pièce 2 au carter 7. Ces pattes sont destinées à coopérer avec une gorge du carter, pour un maintien par contact radial.
Dans l'art antérieur (Figures 5 et 6), l'élément 6 d'attache est constitué d'un segment d'anneau continu, s'étendant transversalement par rapport à l'axe longitudinal X-X. Ainsi, le distributeur assemblé de l'art antérieur comprend un élément 6 d'attache présentant une symétrie de révolution, et ce, quel que soit le nombre de pales ou la portion angulaire couverte par chaque pièce du distributeur. L'élément 6 d'attache assure l'arrêt radial du distributeur, et permet d'empêcher les fuites radiales du flux gazeux hors du distributeur.
Or, il a été découvert par le déposant que les contacts radiaux entre l'élément 6 d'attache et le carter 7 se concentraient quasi exclusivement au niveau des extrémités de cet élément 6, situées de part et d'autre de l'axe longitudinal. Ceci a été mis en évidence par l'observation des traces de frottement entre l'élément 6 d'attache et le carter 7 lors d'essais de la turbomachine, mais également par modélisation 3D. Par conséquent, l'élément 6 d'attache a été réduit à deux pattes d'attache distinctes 6a, 6b disposées à ses extrémités transversales (axe Y-Y) par rapport à l'axe longitudinal X-X.
Ceci permet de limiter au strict minimum la matière de l'élément 6 d'attache nécessaire au contact radial avec le carter 7, tout en limitant les fuites axiales engendrées. Cette réduction de matière permet un gain sensible dans la réduction de la masse de la turbomachine. En particulier, il est à noter que la masse de l'élément 6 d'attache représentait de 2 à 3 % de la masse totale du distributeur dans l'art antérieur. Avec cette modification, la masse de l'élément 6 d'attache ne représente plus que moins de 1 % de la masse du distributeur. En valeur absolue, il s'agit de gains de masse typiquement compris entre 350 et 550 g.
Le distributeur est par exemple, mais non limitativement, fabriqué en superalliage monocristallin AM1.
Le coût de fabrication de la pièce et du distributeur est peu altéré par cette modification, puisque seule une étape d'usinage est nécessaire pour modifier l'élément 6 d'attache, comme explicité par la suite. En général, la pièce 2 comprend un second élément d'attache 10 pour la fixation de la pièce 2 au carter 7, l'élément 6 d'attache étant disposé en aval du second élément d'attache 10 selon l'axe longitudinal X-X. Les pattes d'attache ont la forme d'hexaèdres, par exemple, mais non limitativement, de parallélépipèdes. Il est possible d'optimiser la configuration de chaque patte d'attache 6a, 6b. En particulier, dans un mode de réalisation, les deux pattes d'attache présentent des surfaces 16a, 16b externes de largeur I (selon l'axe X-X) et/ou de longueur L différentes entre elles. Ces surfaces externes sont les surfaces externes en contact radial avec le carter. L et I sont des distances curvilignes.
Les dimensions de la surface externe de chaque patte d'attache peuvent notamment être optimisées en fonction de paramètres comme la pression, la température, et le module d'Young du matériau constitutif de ces pattes. Les dimensions de la surface externe de chaque patte d'attache 6a, 20 6b d'une pièce à dimensionner peuvent par exemple être calculées selon les formules suivantes, relativement à une pièce de référence de l'art antérieur. AL, AL LE AP La L E P ALb AL AE AP Lb L E P Les éléments de ces équations sont définis de la façon suivante: - L: longueur de la pièce à dimensionner, selon l'axe transversal ; 25 - AL : il s'agit de la différence entre la longueur de la pièce de référence de l'art antérieur, et la longueur de la pièce à dimensionner ; - L, (respectivement Lb): longueur de la surface externe de la patte d'attache 6a de la pièce à dimensionner (respectivement patte d'attache 6b) ; - AL, (respectivement ALb) : il s'agit de la différence entre o la longueur de l'appui observé sur la pièce de référence de l'art antérieur (c'est-à-dire la longueur de la zone de frottement observée), au niveau de l'extrémité de son élément d'attache disposée du même côté que la patte 6a (respectivement 6b), et o la longueur La (respectivement Lb) de la patte d'attache 6a (respectivement 6b) de la pièce à dimensionner ; - 4E : différence entre le module d'Young de la pièce de référence de l'art antérieur, et le module d'Young de la pièce à dimensionner ; - AP : différence entre la pression dans la pièce de référence de l'art antérieur, et la pression dans la pièce à dimensionner. La hauteur h des pattes selon l'axe radial reste en général inchangée par rapport à la hauteur initiale de l'élément d'attache de la pièce de référence (segment d'anneau continu, cf. Figures 5 et 6). Par conséquent, les fuites axiales ne sont pas impactées. Dans un mode de réalisation, au moins une patte 6a, 6b d'attache présente une surface externe de largeur I variable. Par exemple, la largeur I de chaque patte peut évoluer le long d'un axe transversal Y-Y à l'axe longitudinal X-X.
La variabilité de la largeur de la patte peut notamment résulter d'itérations entre les contraintes nécessaires à une bonne tenue mécanique des pattes d'attache, et des contraintes d'usinage. En assemblant plusieurs pièces 2 comme celles qui viennent d'être décrites, on obtient un distributeur 1 de turbomachine, dans lequel les plates-formes 3, 4 externes et internes sont disposées bout à bout et de manière concentrique autour de l'axe longitudinal X-X. Alternativement, le distributeur comprend une unique pièce 2, comprenant une plate-forme externe et une plate-forme interne réalisées chacune en une seule pièce annulaire. Dans un mode de réalisation, le distributeur est un distributeur d'une turbine basse-pression de la turbomachine.
On décrit à présent un procédé de fabrication d'une pièce 2 de distributeur 1 de turbomachine (cf. Figure 8). Le procédé comprend une étape consistant à fabriquer une pièce initiale comprenant : - une plate-forme externe 3, - une plate-forme interne 4, - une ou plusieurs pales 5, espacées de façon circonférentielle autour d'un axe longitudinal X-X de la pièce 2, et dont les extrémités radiales sont fixées respectivement à la plate-forme interne 3 et à la plate-forme externe 4, - un élément 6 d'attache, s'étendant à partir de la plate-forme externe 3, et définissant un segment d'anneau continu, pour la fixation de la pièce à un carter de la turbomachine. Cette étape de fabrication et cette pièce sont connues de l'art antérieur, et il s'agit par exemple de pièces du type de celles illustrées en Figures 5 et 6. A partir de cette pièce initiale, le procédé comprend l'étape consistant à pratiquer un évidement dans l'élément 6 d'attache, de sorte à créer, aux extrémités de l'élément 6 d'attache situées de part et d'autre de l'axe longitudinal X-X, deux pattes d'attache distinctes 6a, 6b, pour la fixation de la pièce 2 au carter 7. Il est possible de pratiquer, à partir d'une même pièce initiale, différentes types d'évidement de l'élément d'attache initial. En particulier, les dimensions de la surface externe de chaque patte et la forme de chaque patte peuvent être définies selon les besoins.
Cette découpe dépend notamment du moyen d'usinage choisi. Ce procédé de fabrication est optimisé et polyvalent, sans impliquer une augmentation significative des coûts de fabrication.
De manière générale, l'invention permet de réduire la masse de la turbomachine, et de réduire le surplus matière au minimum fonctionnel, tout en limitant les pertes de flux gazeux.

Claims (8)

  1. REVENDICATIONS1. Pièce (2) de distributeur (1) de turbomachine, comprenant : - une plate-forme externe (3), - une plate-forme interne (4), - une ou plusieurs pales (5), espacées de façon circonférentielle autour d'un axe longitudinal (X-X) de la pièce (2), et dont les extrémités radiales sont fixées respectivement à la plate-forme interne (3) et à la plate-forme externe (4), - un élément (6) d'attache, s'étendant à partir de la plate-forme externe (3), pour la fixation de la pièce à un carter de la turbomachine, caractérisée en ce que l'élément (6) d'attache comprend, à ses extrémités situées de part et d'autre de l'axe longitudinal (X-X), deux pattes d'attache (6a, 6b) distinctes, pour la fixation de la pièce (2) au carter (7).
  2. 2. Pièce selon la revendication 1, comprenant en outre un second élément d'attache (10) pour la fixation de la pièce (2) au carter (7), l'élément (6) d'attache étant disposé en aval du second élément d'attache (10) selon l'axe longitudinal (X-X).
  3. 3. Pièce selon l'une des revendications 1 ou 2, dans laquelle les deux pattes d'attache (6a, 6b) présentent des surfaces externes (16a, 16b) de largeur (I) et/ou de longueur (L) différentes entre elles.
  4. 4. Pièce selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle au moins une patte d'attache (6a, 6b) présente une surface externe de largeur (I) variable.
  5. 5. Pièce selon l'une des revendications 1 à 4, comprenant trois pales.
  6. 6. Distributeur (1) de turbomachine, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de pièces selon l'une des revendications 1 à 5, dont les plates-formes (3, 4) externes et internes sont disposées bout à bout et de manière concentrique autour d'un axe longitudinal (X-X).
  7. 7. Distributeur selon la revendication 6, adapté pour être le distributeur d'une turbine basse-pression de la turbomachine.
  8. 8. Procédé de fabrication d'une pièce (2) de distributeur (1) de turbomachine, comprenant l'étape consistant à: - fabriquer une pièce comprenant o une plate-forme externe (3), o une plate-forme interne (4), o une ou plusieurs pales (5), espacées de façon circonférentielle autour d'un axe longitudinal (X-X) de la pièce (2), et dont les extrémités radiales sont fixées respectivement à la plate-forme interne (3) et à la plate-forme externe (4), o un élément (6) d'attache, s'étendant à partir de la plate-forme externe (3), et définissant un segment d'anneau continu, pour la fixation de la pièce à un carter de la turbomachine, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant à - pratiquer un évidement dans l'élément d'attache, de sorte à créer, aux extrémités de l'élément (6) d'attache situées de part et d'autre de l'axe longitudinal (X-X), deux pattes d'attache (6a, 6b) distinctes, pour la fixation de la pièce (2) au carter (7).
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