FR2992676A1 - Plateforme inter-aubes pour une soufflante, rotor d'une soufflante et procede de fabrication associe - Google Patents

Plateforme inter-aubes pour une soufflante, rotor d'une soufflante et procede de fabrication associe Download PDF

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Abstract

L'invention concerne une plateforme inter-aubes (3) d'une soufflante de turbomachine, caractérisée en ce qu'elle est réalisée : - dans un alliage d'aluminium appartenant à la séries 7xxx ayant subi un traitement thermique de sur-revenu de type T7x, ou - dans un alliage d'aluminium appartenant à la série 2xxx ayant subi un traitement thermique de type T6x ou T8x.

Description

L'invention concerne une soufflante de turbomachine, par exemple un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion. Une turbomachine comprend généralement, d'amont en aval dans le sens de l'écoulement des gaz, une soufflante, un ou plusieurs étages de compresseurs, par exemple un compresseur basse pression et un compresseur haute pression, une chambre de combustion, un ou plusieurs étages de turbines, par exemple une turbine haute pression et une turbine basse pression, et une tuyère d'échappement des gaz.
De façon connue, une soufflante de turbomachine comprend un disque de rotor portant une pluralité d'aubes dont les pieds sont engagés et retenus dans des rainures sensiblement axiales formées à la périphérie du disque. Ces aubes sont associées à leurs extrémités radialement internes à des plateformes adaptées pour reconstituer le profil aérodynamique de la veine annulaire d'écoulement du flux d'air entrant dans la turbomachine afin d'assurer la continuité de la veine d'écoulement et d'optimiser l'écoulement du flux d'air entre les aubes. Chaque aube de la soufflante peut être formée d'une seule pièce avec une plateforme. L'aube est dans ce cas relativement lourde, ce qui se traduit 20 en fonctionnement par des contraintes mécaniques importantes au niveau du pied d'aube, pouvant provoquer l'apparition de criques ou de fissures sur ce pied. De plus la perte d'une aube de soufflante de ce type entraîne des dégâts importants dans la turbomachine, et augmente considérablement le balourd de la soufflante. 25 Les aubes et les plateformes de soufflante peuvent également être indépendantes les unes des autres. Les plateformes, appelées plateformes inter-aubes, sont alors chacune rapportées et fixées sur le disque de soufflante entre deux aubes adjacentes. En cas de perte d'une aube, les deux plateformes situées de part et d'autre de l'aube restent alors en place 30 sur le disque et n'engendrent aucune détérioration supplémentaire dans la turbomachine. Par ailleurs, elles permettent en outre de protéger les aubes adjacentes des débris de l'aube perdue. Un espace est ménagé entre les plateformes et les aubes pour permettre à ces dernières un débattement limité pendant les différentes 5 phases de fonctionnement du moteur. Cet espace perturbe cependant le profil aérodynamique de la veine d'écoulement, réduisant ainsi le débit et le rendement de la soufflante. On a donc proposé de boucher cet espace par un joint d'étanchéité, dont une partie vient en appui contre l'aube adjacente de la soufflante. Généralement, le joint d'étanchéité est réalisé dans un 10 matériau élastomère et de forme allongée à profil constant sur toute sa longueur. Néanmoins, après une certaine durée de fonctionnement, il a tendance à s'user et à rompre localement, réduisant ainsi l'étanchéité entre les plateformes et les aubes adjacentes, de sorte qu'il est nécessaire de les remplacer régulièrement au cours de la vie de la turbomachine. 15 Il a donc été proposé dans le document FR 2 939 836 de remplacer les joints conventionnels par des joints de forme allongée et dont au moins un présente une section transversale de forme évolutive, soit non-constante, entre ses deux extrémités. En particulier, la section de la partie du joint qui se trouve en contact avec l'aube qui lui est adjacente est renflée et diminue 20 d'une extrémité à l'autre du joint. Le choix d'une forme de joint en fonction des contraintes auxquelles il est soumis en fonctionnement de manière à limiter les valeurs maximales des contraintes permet ainsi d'éviter les déformations susceptibles d'excéder la limite de rupture du joint, et de réduire sa fréquence de remplacement. 25 Néanmoins, ce joint de forme évolutive doit être rendu solidaire de la plateforme par adhérisation avec la plateforme. Or cette étape d'adhérisation nécessite de polymériser le matériau élastomère constituant le joint à une température supérieure à 150°C pendant au moins quinze minutes (collage à chaud) et dégrade la tenue en corrosion de la plateforme inter-aubes. En 30 effet, la plateforme inter-aubes, qui est généralement réalisée dans de l'aluminium 7449 T6, subit un traitement de surface comprenant des étapes de grenaillage et d'anodisation afin d'améliorer sa résistance à la corrosion. Or le traitement thermique de polymérisation a pour effet de générer un faïençage de la couche de protection obtenue par anodisation, créant ainsi des fissures qui dégradent sa tenue à la corrosion. De plus, les plateformes inter-aubes subissent des contraintes mécaniques tout au long du fonctionnement de la soufflante, ce qui a tendance à élargir les fissures et à réduire par conséquent encore plus leur résistance à la corrosion. Il a été proposé de coller le joint d'étanchéité contre la plateforme sans effectuer de traitement thermique de polymérisation (collage à froid), afin de ne pas dégrader la couche d'anodisation. Néanmoins, ces collages ne présentent pas une résistance suffisante pour maintenir le joint d'étanchéité en place pendant toute la durée de vie de la plateforme, de sorte que le joint finit par se décoller. On a donc proposé de remplacer le joint de forme évolutive par des 15 joints plus légers ou présentant une section transversale différente, par exemple des joints à lèvre (dont la section de contact n'est cette fois pas renflée), afin de renforcer la résistance des collages à froid et de modifier les contraintes appliquées au joint d'étanchéité. Toutefois, ces joints, plus légers, ne permettent pas de garantir une étanchéité suffisante entre la plateforme et 20 l'aube adjacente au cours de l'ensemble des phases d'utilisation (c'est-à-dire du ralenti au régime maximum) de la turbomachine, ce qui engendre une perte de performances aérodynamiques de la turbomachine. De plus, dans le cas du joint à lèvres, la lèvre a tendance à se coincer entre l'aube et la plateforme inter-aubes, et risque donc de se déchirer. 25 Il n'est par ailleurs pas possible de fixer le joint mécaniquement, par exemple à l'aide de boulons, de rivets, ou encore grâce à des pièces rapportées, en raison de la géométrie de la plateforme, de la faible place disponible entre la plateforme et l'aube adjacente, de la fragilisation de la plateforme due aux perçages et de l'augmentation de masse engendrée par 30 de telles fixations, qui risqueraient de réduire la durée de vie de la plateforme.
Un objectif de l'invention est donc de proposer une plateforme inter-aubes pour une soufflante de turbomachine, qui soit capable de garantir l'étanchéité avec les aubes adjacentes tout en présentant une forte résistance à la corrosion.
Pour cela, l'invention propose une plateforme inter-aubes d'une soufflante de turbomachine, caractérisée en ce qu'elle est réalisée soit dans un alliage d'aluminium appartenant à la série 7xxx ayant subi un traitement thermique de sur-revenu de type T7x, soit dans un alliage d'aluminium appartenant à la série 2xxx ayant subi un traitement thermique de type T6x 10 ou T8x, ainsi qu'un rotor d'une soufflante de turbomachine comprenant une telle plateforme inter-aubes. Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives de la plateforme ci-dessus sont les suivantes : - l'alliage d'aluminium est un alliage d'aluminium de nuance 7x75, 15 - l'alliage d'aluminium comprend l'un au moins des alliages suivants : 7075, 7175, 7475, 7010, 7040, 7050, 2016, 2050, 2219 ou 2618, et - la plateforme comprend une plaque et deux nervures latérales s'étendant depuis une face de ladite plaque, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre deux joints d'étanchéité en élastomère adhérisés contre 20 une nervure latérale correspondante. Selon un deuxième aspect, l'invention propose un rotor d'une soufflante de turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comprend une plateforme inter-aubes comme décrit ci-dessus. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une telle 25 plateforme inter-aubes, au cours duquel on fournit une pièce dans un alliage d'aluminium appartenant à l'une des séries 2xxx ou 7xxx ayant la forme de la plateforme inter-aubes, et sur laquelle est réalisé un traitement thermique, le traitement thermique étant soit de type T7x dans le cas d'un alliage d'aluminium appartenant à la série 7xxx, soit de type T6x ou T8x dans le cas 30 d'un alliage d'aluminium appartenant à la série 2xxx.
Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives du procédé sont les suivantes : - la plateforme inter-aubes comprenant une plaque et deux nervures latérales s'étendant depuis une face de ladite plaque, le procédé comprend en outre les étapes suivantes : * anodiser la plateforme inter-aubes, disposer un joint d'étanchéité contre chaque nervure latérale de la plateforme inter-aubes, et * adhériser les joints d'étanchéités à la plateforme inter-aubes, - la plateforme inter-aubes ne subit pas de traitement de grenaillage préalablement à l'étape d'anodisation, - la plateforme inter-aubes est réalisée dans un alliage d'aluminium appartenant à la série 7xxx, et le traitement thermique de sur-revenu est de type T73 ou T74, et - le traitement thermique de sur-revenu est de type T7351. D'autres caractéristiques, buts et avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite en référence aux figures annexées données à titre d'exemples non limitatifs est sur lesquels : La figure 1 est une vue du dessous en perspective cavalière d'un exemple de réalisation d'une plateforme inter-aubes conforme à l'invention, La figure 2 est une vue du dessus en perspective cavalière de la plateforme inter-aubes de la figure 1, La figure 3 est une vue en coupe transversale de la plateforme inter- aubes de la figure 1, La figure 4 est une vue éclatée en perspective cavalière d'une partie d'un exemple de réalisation d'un rotor de soufflante d'une turbomachine, sur laquelle on a représenté la plateforme inter-aubes de la figure 1 ainsi qu'un exemple d'aube pouvant être fixé sur le rotor, et La figure 5 est un organigramme représentant différentes étapes d'un exemple de réalisation du procédé de fabrication d'une plateforme inter-aubes conforme à l'invention. Un rotor de soufflante d'un moteur comprend notamment disque 1 de rotor portant une pluralité d'aubes 2 engagées et retenues dans des rainures 12 correspondantes, orientées sensiblement axialement par rapport à un axe XX du moteur, et formées dans une jante 10 du disque. Ces aubes 2 sont associées au niveau de leurs extrémités radialement internes à des plateformes inter-aubes 3. Les aubes 2 présentent un pied 20 et une pale 22, et sont insérées dans les rainures 12 au niveau de leur pied 20. Les rainures 12 ont donc une forme globalement complémentaire des pieds d'aube 20 qu'elles reçoivent, de manière à éviter tout jeu entre l'aube 2 et le disque 1 du rotor. Le rotor comprend autant de plateformes 3 que d'aubes 2, les 15 plateformes 3 étant disposées entre deux aubes 2 adjacentes. Un exemple de plateforme inter-aubes 3 est représenté sur les figures 1 et 2. Une plateforme inter-aubes 3 comprend une plaque 30 de forme globalement tronconique adaptée pour délimiter la partie radialement intérieure de la veine d'écoulement du flux d'air 5 guidée entre deux aubes 1 20 adjacentes, ainsi que deux nervures latérales 32 qui s'étendent radialement vers l'intérieur depuis une surface inférieure de la plaque 20, à proximité des extrémités latérales 31 de la plaque 30. La plateforme inter-aubes 3 est fixée sur le disque 1 au moyen de trois languettes de retenue radiales 34, 36, 38 disposées en enfilade entre les nervures latérales 32 le long de la plateforme 25 3. La languette amont 34 (dans le sens d'écoulement de la veine) est percée axialement et peut être fixée par l'intermédiaire d'un flasque de rétention à une bride amont 14 sur une face amont du disque 1. La languette intermédiaire 36, radiale également, peut être retenue par une clavette à une languette radiale 16 positionnée sur la jante 10 du disque 1 entre deux 30 rainures 12. Enfin, la languette avale 38 peut être liée au tambour du compresseur immédiatement aval par une languette radiale 18. Les clavettes sont orientées parallèlement à l'écoulement de la veine 5 et permettent à la plateforme inter-aubes 3 d'être retenue à la fois axialement et radialement sur le disque 1.
Afin d'assurer l'étanchéité du rotor, des joints 4 en matériau élastomère sont disposés le long des nervures latérales 32 de la plaque 30, de part et d'autre de la plateforme inter-aubes 3. Il peut s'agir de joints conventionnels ou de joints à forme évolutive tel que ceux décrits dans le document FR 2 939 836.
On a illustré par exemple à la figure 3 un exemple de joint d'étanchéité 4 à forme évolutive susceptible d'être utilisé. Le joint d'étanchéité 4 comprend une partie d'attache 40, une partie de liaison flexible 42 et une partie de contact 44. Le joint est rendu solidaire de la plateforme 3 par adhérisation de la partie d'attache 40 le long de la plaque 30, entre la nervure latérale 32 et l'extrémité latérale 31 correspondantes de la plaque 30, la partie de contact 44 restant libre. De manière optionnelle, une rainure peut être réalisée dans une surface externe des nervures latérales 32 afin de recevoir le joint 4. En variante, la nervure latérale 32 présente une surépaisseur locale permettant de positionner avec précision le joint d'étanchéité 4 sur la plateforme inter-aubes 3. La partie de contact 44 est de préférence à section renflée, ovale ou circulaire afin d'assurer un bon contact tangentiel avec la pièce voisine et éviter que le joint d'étanchéité 4 ne se coince entre l'aube adjacente 2 et la plateforme inter-aubes 3, et confère de la raideur au joint d'étanchéité 4. Sur la figure 3, on a par exemple illustré le cas d'une partie de contact 44 de forme arrondie. La partie de liaison 42 quant à elle est plus étroite que la partie de contact 44 et est flexible pour permettre au joint d'étanchéité 4 de s'adapter aux sollicitations qu'il reçoit. Par ailleurs, la partie de contact 44 peut s'étendre au-delà de l'extrémité latérale 31 de la plaque 30 pour venir au contact du pied d'aube 20 adjacent.
Afin d'éviter que l'étape d'adhérisation du joint d'étanchéité 4 à la plateforme inter-aubes 3 ne dégrade la tenue à la corrosion de la plateforme inter-aubes 3, la plateforme 3 est réalisée dans un alliage d'aluminium appartenant à la série 7xxx ayant subi un traitement thermique de sur-revenu. Selon une forme de réalisation, l'étape de grenaillage de la plateforme inter-aubes est en outre supprimée. De la sorte, on obtient des états métallurgiques compatibles avec le traitement thermique d'adhérisation des joints 4, permettant de supprimer les risques de faïençage de l'anodisation, et présentant en outre une meilleure tenue à la corrosion que les alliages d'aluminium habituellement utilisés pour les plateformes 3 ainsi qu'une bonne stabilité dimensionnelle.
Par ailleurs, l'utilisation de ces alliages d'aluminium permet de conserver les joints en élastomère 4 existants et de continuer à les adhériser en utilisant les procédés de polymérisation usuels, garantissant ainsi une bonne étanchéité du rotor pendant toute la durée de fonctionnement de la soufflante, sans risque de décollement des joints d'étanchéité 4.
Les alliages d'aluminium de la série 7xxx comprennent comme élément d'alliage principal du zinc. Des nuances pouvant être utilisées en particulier sont les nuances 7075, 7175, 7475, 7010, 7040 et 7050. Le traitement thermique de sur-revenu consiste à réaliser, à l'issue de la mise en solution et de la trempe, un revenu artificiel, généralement bi- pallier, au-delà du pic de durcissement du matériau, permettant ainsi de désensibiliser le matériau à la corrosion. Il est couramment désigné par T7x dans la dénomination des alliages d'aluminium. Le sur-revenu peut être réalisé à plusieurs degrés, chaque degré étant désigné par un chiffre après T7, allant de 9 (pour un faible sur-revenu) à 3 (pour un sur-revenu maximum). Ici, on privilégiera par exemple des sur-revenus importants, notamment T73 ou T74. En variante, la plateforme inter-aubes 3 peut également être réalisée dans un alliage d'aluminium de la série 2xxx, ayant subi un traitement thermique adapté à haute température (de l'ordre de 150°C à 200°C), 30 notamment de type T6x ou T8x. Les alliages d'aluminium de la série 2xxx comprennent comme élément d'alliage principal du cuivre. Par exemple, il peut s'agir d'un alliage d'aluminium des nuances 2016, 2050, 2219 ou 2618. La mise en oeuvre d'un tel traitement thermique sur un alliage d'aluminium de la série 2xxx permet d'obtenir une pièce stable 5 dimensionnellement et ayant une bonne tenue à la corrosion. En plus de permettre à la plateforme inter-aubes 3 de garder sa tenue à la corrosion sous contraintes malgré le traitement de polymérisation subi pour adhériser les joints à ses nervures latérales 32, les alliages d'aluminium 10 des séries 7xxx et 2xxx sont en outre plus courants que les alliages habituellement utilisés pour réaliser les plateformes, notamment l'alliage d'aluminium 7449, ce qui simplifie l'approvisionnement en matière première et réduit les coûts d'achat de ces matières premières. Par ailleurs, l'utilisation de ces alliages d'aluminium traités thermiquement permet d'alléger le 15 traitement de surface de la plateforme inter-aubes, dans la mesure où il n'est plus nécessaire de réaliser une étape de grenaillage préalablement à l'étape d'anodisation de la plateforme, réduisant ainsi les coûts de fabrication de la plateforme inter-aubes, ainsi que leur temps de fabrication. En effet, outre l'augmentation de la durée et des coûts de fabrication de la plateforme inter- 20 aubes 3, une étape supplémentaire de grenaillage risquerait de fissurer l'anodisation, malgré l'utilisation des alliages d'aluminium décrits plus haut. La plateforme inter-aubes 3 peut être obtenue à partir d'une pièce métallique réalisée dans l'alliage d'aluminium désiré de la série 2xxx ou 7xxx, 25 qui est corroyée 120, par exemple par forgeage, afin d'obtenir la forme voulue pour la plateforme inter-aubes 3, avant d'être traitée thermiquement 130 par sur-revenu T7 ou revenu artificiel de type T6x ou T8x selon la série d'aluminium choisie (7xxx ou 2xxx respectivement) pour la plateforme inter-aubes 3.
30 Par exemple, la pièce métallique de départ peut être une barre dont une surface supérieure présente la forme de la veine d'écoulement et comprenant les trois languettes de retenue radiales 34, 36, 38 préalablement réalisées par matriçage. La plateforme inter-aubes 3 subit alors un traitement d'anodisation 140 conventionnel, sans grenaillage préalable, puis les joints d'étanchéité 4 5 sont disposés 150 entre la plaque 30 et les nervures latérales 32 dans une zone adjacente aux extrémités latérales 31 de la plaque 30. Enfin, les joints d'étanchéité 4 sont adhérisés 160 à la plateforme inter-aubes 3 par un traitement de polymérisation conventionnel. La plateforme inter-aubes 3 présente alors une très bonne tenue à la corrosion, en particulier à la corrosion sous contraintes, et une bonne stabilité dimensionnelle, tout en assurant une bonne étanchéité avec les aubes adjacentes 2 du rotor pendant toute la durée de fonctionnement de la soufflante, sans pour autant nécessiter un remplacement régulier des joints 15 d'étanchéité 4 (en particulier dans le cas où le joint d'étanchéité correspond à celui décrit dans la demande FR 2 939 836). 20

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Plateforme inter-aubes (3) d'une soufflante de turbomachine, caractérisée en ce qu'elle est réalisée : - dans un alliage d'aluminium appartenant à la séries 7xxx ayant subi un traitement thermique de sur-revenu de type T7x, ou - dans un alliage d'aluminium appartenant à la série 2xxx ayant subi un traitement thermique de type T6x ou T8x.
  2. 2. Plateforme inter-aubes (3) selon la revendication 1, dans laquelle l'alliage d'aluminium est un alliage d'aluminium de nuance 7x75.
  3. 3. Plateforme inter-aubes (3) selon la revendication 1, dans laquelle l'alliage d'aluminium comprend l'un au moins des alliages suivants : 7075, 7175, 7475, 7010, 7040, 7050, 2016, 2050, 2219 ou 2618.
  4. 4. Plateforme inter-aubes (3) selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant une plaque (30) et deux nervures latérales (32) s'étendant depuis une face de ladite plaque (30), caractérisée en ce qu'elle comprend en outre deux joints d'étanchéité (4) en élastomère adhérisés contre une nervure latérale (32) correspondante.
  5. 5. Rotor (1) d'une soufflante de turbomachine, caractérisée en ce 25 qu'elle comprend une plateforme inter-aubes (3) selon l'une des revendications 1 à 4.
  6. 6. Procédé de fabrication (100) d'une plateforme inter-aubes (3), comprenant les étapes consistant à :- fournir (110) une pièce dans un alliage d'aluminium appartenant à l'une des séries 2xxx ou 7xxx, ladite pièce présentant la forme de la plateforme inter-aubes (3), et - réaliser (130) un traitement thermique de la pièce (3), ledit traitement 5 thermique étant de type : - T7x dans le cas d'un alliage d'aluminium appartenant à la série 7xxx, ou - T6x ou T8x dans le cas d'un alliage d'aluminium appartenant à la série 2xxx. 10
  7. 7. Procédé de fabrication (100) d'une plateforme inter-aubes selon la revendication 6, la plateforme inter-aubes (3) comprenant une plaque (30) et deux nervures latérales (32) s'étendant depuis une face de ladite plaque (30), 15 le procédé comprenant en outre les étapes suivantes : - anodiser (140) la plateforme inter-aubes (3), - disposer (150) un joint d'étanchéité (4) contre chaque nervure latérale (32) de la plateforme inter-aubes (3), et - adhériser (160) les joints d'étanchéités (4) à la plateforme inter-aubes 20 (3).
  8. 8. Procédé de fabrication (100) selon l'une des revendications 6 ou 7, dans lequel la plateforme inter-aubes (3) ne subit pas de traitement de grenaillage préalablement à l'étape d'anodisation (140). 25
  9. 9. Procédé de fabrication (100) selon l'une des revendications 6 à 8, dans lequel la plateforme inter-aubes est réalisée dans un alliage d'aluminium appartenant à la série 7xxx, et le traitement thermique (130) de sur-revenu est de type T73 ou T74. 30
  10. 10. Procédé de fabrication (100) selon la revendication 9, dans lequel le traitement thermique (120) de sur-revenu est de type T7351.5
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