FR3003494A1 - Brut de fonderie pour la realisation d'une aube de rotor de turbomachine et aube de rotor fabriquee a partir de ce brut - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un brut de fonderie pour la réalisation d'une aube de rotor de turbomachine, comportant une pale reliée par une plateforme (4') à un pied (2'), ledit pied comportant une surépaisseur axiale destinée à être retirée par usinage à chacune de ses extrémités axiales, caractérisé en ce qu'au moins une des extrémités axiales du pied (2') comprend au moins une gorge transversale (14') qui s'étend sur toute la largeur transversale du pied et dont la profondeur est supérieure à ladite surépaisseur. Elle concerne aussi l'aube obtenue par usinage de ce brut de fonderie et le procédé de fabrication correspondant.

Description

Domaine technique : La présente invention concerne le domaine des aubes de rotor de turbomachine et, plus particulièrement, la fabrication de ces aubes à partir de bruts de fonderie. Etat de l'art : Classiquement, les rotors se retrouvent aux différents étages d'un turboréacteur, la soufflante, les compresseurs et les turbines. Le maintien des aubes sur les rotors et l'étanchéité entre les étages font partie des problèmes à résoudre lors de la conception de ces rotors et de leurs aubes. La présente demande est plus particulièrement concernée par le cas où les aubes sont réalisées individuellement et fixées sur un disque pour former le rotor.

Dans une turbine basse pression, par exemple, en référence à la figure 1, les parties composant chaque aube sont la pale 1, le pied 2 servant à fixer l'aube au disque de rotor 3 et la plateforme 4, qui relie la pale 1 au pied 2 et forme la face interne du conduit aérodynamique au niveau de la pale. Chaque disque de rotor 3 comporte à sa périphérie des rainures axiales ou obliques dans lesquelles sont engagés les pieds 2 d'aubes. Par convention, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport au sens de circulation des gaz dans le turboréacteur. De même, l'aube étant destinée à être montée sur un rotor, ses caractéristiques dimensionnelles sont indiquées par rapport à l'axe 3a du rotor et au plan axial passant par son milieu, lorsqu'elle est montée. Ainsi, les extrémités axiales amont et aval du pied 2 de l'aube correspondent sur la figure 1 aux faces radiales amont 5 et aval 6 du pied, qui sont sensiblement perpendiculaires à l'axe du rotor.

Selon une disposition connue dans l'état de la technique, les pieds 2 des aubes sont retenus axialement vers l'amont et l'aval, par des joncs annulaires amont 7 et aval 8 respectivement, qui sont en butée axiale sur les faces 5 et 6 des pieds 2 des aubes. Il est à noter que ces faces 5 et 6 affleurent sensiblement des faces radiales amont et aval du disque de rotor 3 recevant le pied 2 de l'aube. Selon une technique connue, décrite notamment dans les demandes de brevet FR 0958718 et FR 0854591, un flasque amont 9 et un flasque aval 10 fixés au rotor viennent appuyer sur les joncs de retenue amont 7 et aval 8 respectivement, pour s'assurer qu'il sont correctement plaqués contre les faces radiales des pieds et du disque de rotor. L'étanchéité de l'amont vers l'aval au niveau des pieds des aubes est donc en partie assurée par le contact des joncs 7, 8 sur les faces radiales des pieds des aubes et du disque de rotor.

Pour améliorer cette étanchéité, on a déjà proposé de monter en aval des pieds d'aube un jonc 8 qui s'étend sur sensiblement toute la dimension radiale du pied. Comme cela est visible en figure 2, la face radiale aval 6 du pied 2 de l'aube sur laquelle le jonc 8 est destiné à venir en appui a une dimension radiale relativement importante.

Toujours selon l'état de l'art, l'aube est réalisée par usinage d'un brut obtenu par un procédé de fonderie. Ce brut de fonderie comprend une pale reliée par une plateforme à un pied dont les extrémités axiales présentent des surépaisseurs axiales par rapport aux cotes finales de l'aube. Le contour de l'aube finale étant rappelé à l'intérieur de celui du brut sur la figure 3, les surépaisseurs du brut de fonderie sont indiquées par des hachures. Ces surépaisseurs sont en général retirées par usinage avec une tolérance relativement faible de + /- 0,05 mm. Cependant, la dimension radiale de la face aval 6 du pied d'aube est relativement importante, si bien que cette face ne peut être que difficilement réalisée par usinage de la surépaisseur correspondante en respectant la tolérance précitée. En effet, la longueur (dimension radiale) d'usinage est trop importante, ce qui pose un problème pour respecter la tolérance requise de +/- 0,05mm. La réalisation d'une aube telle que représentée en figure 2 par usinage d'un brut de fonderie et en respectant une tolérance de +/- 0,05 mm, est donc difficile à obtenir suivant la technique actuelle.

L'invention a pour but de remédier à ce problème de façon simple, efficace et économique. Présentation de l'invention: L'invention concerne un brut de fonderie pour la réalisation d'une aube de rotor de turbomachine, comportant une pale reliée par une plateforme à un pied, ledit pied comportant une surépaisseur axiale destinée à être retirée par usinage à chacune de ses extrémités axiales, caractérisé en ce qu'au moins une des extrémités axiales du pied comprend au moins une gorge transversale qui s'étend sur toute la largeur ou dimension transversale du pied et dont la profondeur est supérieure à au moins une partie de ladite surépaisseur. La gorge transversale permet de limiter l'étendue radiale de la surépaisseur à usiner et donc de faciliter cet usinage tout en respectant une tolérance prédéterminée, par exemple de +/- 0,05mm. Après usinage, le fond de la gorge est en retrait du plan de contact avec le jonc de retenue précité. Du fait de la profondeur de cette gorge, les éventuelles irrégularités du fond ne gênent donc pas l'appui du jonc sur l'extrémité axiale du pied d'aube.

Avantageusement, la gorge transversale est située à distance de la plateforme et de l'extrémité radialement interne du pied. La gorge transversale sépare alors l'extrémité axiale du pied en deux parties ayant des surépaisseurs qui sont plus faciles à usiner avec la tolérance précitée. De manière préférentielle, le brut de fonderie comprend, entre la gorge transversale et la plateforme, un plot de matière dans lequel est destinée à être usinée une gorge de réception d'un jonc de retenue de l'aube. Ce plot est utile dans le procédé d'usinage pour réaliser un pion sur la surface radiale interne de la plateforme, en face de l'extrémité axiale correspondante du pied d'aube. Le plot est également usiné pour réaliser une face de l'extrémité axiale du pied, qui est située radialement à l'extérieur de la gorge transversale. La face du pion tournée vers la face de l'extrémité radiale correspondante permet d'étendre l'extension radiale de la gorge de réception du pion. Cette gorge est creusée dans la plateforme et dans la continuité de la face de l'extrémité axiale du pied, ce qui améliore le calage du jonc de retenue.

Avantageusement, le pied comporte un bulbe qui est relié à la plateforme par une échasse, et la gorge transversale précitée est située à une extrémité axiale de cette échasse. Cette disposition permet de supprimer le moins de matière possible à l'aube finale et donc de ne pas la fragiliser, tout en diminuant de manière significative les surfaces à usiner. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une aube de rotor de turbomachine, comprenant la réalisation d'un brut de fonderie selon les caractéristiques précédemment décrites et une étape qui consiste à usiner ladite extrémité axiale du pied du brut comportant la gorge transversale de façon à supprimer la surépaisseur précitée. De manière avantageuse dans ce procédé, la surépaisseur est supprimée par usinage des parties de l'extrémité axiale du pied situées respectivement, radialement à l'intérieur et à l'extérieur de la gorge. De préférence, l'usinage des parties radialement interne et externe est réalisé avec un même outil, tel qu'une meule.

De préférence également, l'usinage est réalisé par rectification. Ce procédé permet, de manière connue, d'atteindre les tolérances demandées pour respecter la planéité des faces de l'extrémité aval de l'aube destinées à être en contact avec le jonc.

Dans une variante du procédé, l'usinage de la partie radialement interne est réalisé avant l'usinage de la partie radialement externe, dans une même opération d'usinage. Avantageusement, l'usinage fait apparaître sur ladite extrémité axiale du pied de l'aube au moins deux faces transversales coplanaires et séparées par ladite gorge transversale.

L'invention concerne aussi une aube de rotor de turbomachine comportant une pale reliée par une plateforme à un pied, ledit pied comportant à au moins une de ses extrémités axiales, au moins une gorge transversale qui s'étend sur toute la largeur ou dimension transversale du pied.

Description d'un mode de réalisation de l'invention : La présente invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, en référence aux dessins annexés sur lesquels : La figure 1 représente une vue en coupe radiale d'un disque de rotor de moteur à turbine à gaz selon l'art antérieur. La figure 2 représente une vue en perspective aval du pied d'une aube selon l'art antérieur.

La figure 3 représente une vue en coupe radiale d'un brut de fonderie et des surépaisseurs à usiner de ce brut, pour la réalisation d'une aube de rotor selon l'art antérieur. La figure 4 représente une vue en perspective aval du pied d'une aube réalisée selon l'invention.

La figure 5 représente une vue en coupe radiale d'un brut de fonderie et des surépaisseurs à usiner de ce brut, pour la réalisation d'une aube de rotor selon l'invention. Les directions axiale et radiale s'entendent par rapport à l'axe du rotor, les termes interne et externe par rapport à la direction radiale, les termes dessus, dessous, descendre, monter par rapport à l'orientation des figures 2 à 5. L'invention est présentée pour l'extrémité aval du pied d'une aube de turbine basse pression d'un moteur à turbine à gaz mais pourrait être appliquée à l'extrémité amont de ce pied.

Le pied 2 de l'aube représentée en figure 4 est du type en queue d'aronde et comprend un bulbe 11 relié par une échasse 12 à la plateforme 4 de l'aube. La mise en oeuvre de l'invention s'appuie sur le fait qu'il n'est pas nécessaire que l'extrémité aval du pied d'aube 2 soit en contact sur la totalité de son extension radiale avec le jonc 8 de retenue décrit ci-dessus. L'extrémité aval du pied 2 présente une gorge transversale 14, visible sur la figure 4, qui s'étend sur toute la largeur ou dimension transversale du pied et qui définit sur cette extrémité aval deux faces radiales planes 15, 16, respectivement radialement interne et externe. Ces faces 15, 16 sont destinées à former un contact jointif avec le jonc 8 de retenue aval pour assurer une étanchéité axiale.

La face radiale 15 située en-dessous du bord radial interne de la gorge 14 va jusqu'à l'extrémité radiale interne du pied 2. La face radiale 16, située au-dessus du bord radial externe de la gorge transversale 14, est reliée à une gorge de réception 13 du jonc 8, qui est pratiquée radialement dans la plateforme 4 et qui est destinée à recevoir le bord radial externe du jonc 8. Les deux faces 15 et 16 sont situées dans un même plan transversal. Ce plan correspond à la surface du jonc 8 qui s'appuie sur les faces 15 et 16 du pied 2, lorsque le montage de l'aube sur le disque de rotor 3 est réalisé dans la turbomachine.

De plus, cette aube comporte un pion 17 positionné en saillie radiale sous la surface interne de la plateforme 4, en aval et à distance de l'extrémité aval du pied 2. La face radiale amont de ce pion 17, opposée à la face 16, se situe dans la continuité d'une paroi de la gorge de retenue 13 dans la plateforme 4. Ce pion 17 contribue à donner une extension radiale plus importante à la gorge de réception 13 et à mieux assurer le calage du jonc 8. Il est à noter que l'échasse 12 du pied 2 de l'aube comporte une partie sensiblement plane, dont l'épaisseur est plus faible que la largeur ou dimension transversale du bulbe 11 et de la plateforme 4 auxquels elle se raccorde. La gorge 14 pratiquée dans l'extrémité aval du pied 2 se situe sensiblement au milieu de cette extrémité, au niveau de l'échasse 12. La gorge 14 se trouve donc dans la zone où l'extrémité aval du pied 2 est la moins large transversalement. Cette gorge 14 est orientée dans une direction sensiblement perpendiculaire à la direction radiale et débouche latéralement sur les deux faces opposées de l'échasse 12 attenant à l'extrémité aval. Le profil de la gorge 14 suivant la coupe radiale est constant et a sensiblement une forme en U. Le fond de la gorge 14 est plat et il est relié aux faces 15 et 16 par des portions de surfaces cylindriques dont l'axe est perpendiculaire au plan axial du pied 2 de l'aube. La profondeur de la gorge 14 dans la direction axiale est donc constante, d'une valeur comprise entre 1 et 2 mm par exemple. Pour arriver à ce résultat, la mise en oeuvre de l'invention consiste en un aménagement du processus de fonderie pour obtenir un brut qui présente un pied 2' avec une gorge transversale 14' à l'une de ses extrémités axiales. Sur la figure 5, les contours du brut de fonderie sont représentés entourant les contours de l'aube finale, après usinage. Entre les deux contours, on voit apparaître des surépaisseurs (indiquées avec des hachures) destinées à être supprimées par usinage. La trace DD' du plan transversal qui servira de contact avec le jonc 8 sur l'aube a aussi été reproduite.

L'extrémité aval du pied 2' du brut est formée de trois parties : - une partie médiane en retrait de la trace DD' formant une gorge transversale 14' s'étendant sur toute la largeur de cette extrémité, - une partie radialement intérieure 15' située entre le bord radialement interne de la gorge transversale 14' et l'extrémité radialement interne du pied 2', - et une partie radialement externe 16' située entre le bord radialement externe de la gorge transversale 14' et la plateforme 4'.

En correspondance avec l'aube finale, le pied 2' comporte un bulbe 11' et une échasse 12' qui le relie à la plateforme 4'. La gorge 14' du brut de fonderie est positionnée radialement au même endroit que la gorge 14 de l'aube finale, au niveau de l'échasse 12'. Elle s'enfonce en profondeur dans la direction axiale en amont de la trace DD' du plan de contact. La forme qu'elle prend en amont de ce plan est celle qui a été précédemment décrite pour la gorge 14 de l'aube. La gorge 14' du brut se raccorde à partir de cette forme à des surfaces des parties 15' et 16' de l'extrémité aval du pied 2'. La partie radialement interne 15' de l'extrémité aval du pied 2' présente, par rapport à la trace DD' du plan de contact, une surépaisseur axiale qui est destinée à être usinée par rectification, au moyen d'une meule par exemple, pour obtenir la face radiale 15. Cette surépaisseur est par exemple de l'ordre de quelques dixièmes de millimètre. La profondeur de la gorge 14' du brut est supérieure à la surépaisseur axiale ménagée sur la partie 15' de l'extrémité aval du pied 2'. La partie radialement externe 16' de l'extrémité aval 2' prend la forme d'un plot de matière 16' destiné à être usiné pour réaliser le pion 17, la gorge de retenue 13, et la face radiale externe 16.

L'extrémité aval du pied 2' du brut est usinée pour faire apparaître les faces 15, 16, la gorge 13 et le pion 17, de préférence par rectification. Dans la mise en oeuvre présentée, le pion 17 descend radialement à une cote proche de celle du bord radial externe de la gorge 14. Dans un cas où ce pion 17 descend moins bas par rapport au bord externe de la gorge 14, il est possible de faire une variante de réalisation où la partie radialement externe 16' de l'extrémité aval comprend une partie attenante à la gorge transversale 14' et ayant la même surépaisseur que celle de la partie radialement interne 15'. Le mode de réalisation présenté ci-dessus situe la gorge transverse 14' à une position, dans l'extrémité aval du pied 2' du brut, qui est la plus avantageuse compte tenu de la forme du pied. Il entre bien sûr dans l'invention de situer cette gorge à d'autres endroits ou d'en faire plusieurs, si la configuration du pied le justifie. En fait, il est surtout important de laisser des parties en surépaisseur qui formeront après usinage des surfaces d'appui en extrémité, d'un côté sur le bulbe 11 et, de l'autre côté, en contact de la plateforme 4 pour permettre un bon maintien en position de l'aube. Dans une autre variante, le plan de contact, de trace DD' dans le la plan de coupe axiale sur la figure 5, qui délimite l'extrémité aval de l'aube peut être légèrement incliné, de +1- 15°, autour du plan transversal dans la direction radiale. En effet, il est important que l'aube soit bloquée dans la direction axiale mais une forme légèrement inclinée de la surface réalise cette fonction tout en autorisant une adaptation de la forme du jonc, par exemple.10

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Brut de fonderie pour la réalisation d'une aube de rotor de turbomachine, comportant une pale reliée par une plateforme (4') à un pied (2'), ledit pied comportant une surépaisseur axiale destinée à être retirée par usinage à chacune de ses extrémités axiales, caractérisé en ce qu'au moins une des extrémités axiales du pied (2') comprend au moins une gorge transversale (14') qui s'étend sur toute la largeur ou dimension transversale du pied et dont la profondeur est supérieure à au moins une partie de ladite surépaisseur.
2. 2. Brut de fonderie selon la revendication 1 dans lequel la gorge transversale (14') est située à distance de la plateforme (4') et de l'extrémité radialement interne du pied (2').
3. 3. Brut de fonderie selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend, entre la gorge transversale (14') et la plateforme (4'), un plot de matière (16') dans lequel est destinée à être usinée une gorge de réception (13) d'un jonc (8) de retenue de l'aube.
4. 4. Brut de fonderie selon l'une des revendications précédentes dans lequel le pied (2') comporte un bulbe (11') qui est relié à la plateforme (4') par une échasse (12'), ladite gorge transversale (14') étant située à une extrémité axiale de cette échasse (12').
5. 5. Procédé de fabrication d'une aube de rotor de turbomachine, comprenant la réalisation d'un brut de fonderie selon l'une des revendications précédentes et une étape consistant à usiner ladite extrémité axiale du pied (2') du brut comportant la gorge transversale (14') de façon à supprimer la surépaisseur précitée.
6. 6. Procédé de fabrication d'une aube selon la revendication précédente dans lequel la surépaisseur est supprimée par usinage des parties (15',16') de l'extrémité axiale du pied (2'), situées respectivement radialement à l'intérieur et à l'extérieur de la gorge (14'). 30
7. 7. Procédé de fabrication d'une aube selon la revendication 6 dans lequel l'usinage des parties radialement interne (15') et externe (16') est réalisé avec un même outil, tel qu'une meule. 25
8. 8. Procédé de fabrication d'une aube selon l'une des revendications 6 à 7 dans lequel l'usinage de la partie radialement interne (15') est réalisé avant l'usinage de la partie radialement externe (16') dans une même opération d'usinage.
9. 9. Procédé de fabrication d'une aube selon l'une des revendications 5 à 8 dans lequel l'usinage fait apparaître sur ladite extrémité axiale du pied (2) au moins deux faces (15, 16) transversales coplanaires et séparées par ladite gorge transversale.
10. 10. Aube de rotor de turbomachine comportant une pale (1) reliée par une plateforme (4) à un pied (2), ledit pied comportant à au moins une de ses extrémités axiales, au moins une gorge transversale (14) qui s'étend sur toute la largeur ou dimension transversale du pied (2).