FR3061512A1 - Element radial de stator de turbomachine comportant un raidisseur - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un élément radial (54), notamment un bras structurel et/ou au moins une aube formant redresseur, d'un secteur de stator (66) de turbomachine (10) comportant au moins un tronçon angulaire de virole extérieure axiale (68) et un tronçon angulaire de moyeu intérieur axial (70) entre lesquels sont interposés ledit au moins un élément radial (54), ledit élément radial (54) comportant une enveloppe (74) délimitant une cavité interne (76), et étant susceptible d'être soumis à au moins un effort traversant ledit secteur de stator selon un chemin déterminé, caractérisé en ce que ladite cavité interne (54) dudit élément radial (54) comporte au moins un raidisseur (86) qui est formé d'une seule pièce avec l'enveloppe (74) et qui est configuré pour être disposé sur ledit chemin d'effort.
Description
© Titulaire(s) : SAFRAN AIRCRAFT ENGINES.
O Demande(s) d’extension :
Mandataire(s) :
GEVERS & ORES Société anonyme.
© ELEMENT RADIAL DE STATOR DE TURBOMACHINE COMPORTANT UN RAIDISSEUR. (57) L'invention concerne un élément radial (54), notamment un bras structurel et/ou au moins une aube formant reFR 3 061 512 - A1 dresseur, d'un secteur de stator (66) de turbomachine (10) comportant au moins un tronçon angulaire de virole extérieure axiale (68) et un tronçon angulaire de moyeu intérieur axial (70) entre lesquels sont interposés ledit au moins un élément radial (54), ledit élément radial (54) comportant une enveloppe (74) délimitant une cavité interne (76), et étant susceptible d'être soumis à au moins un effort traversant ledit secteur de stator selon un chemin déterminé, caractérisé en ce que ladite cavité interne (54) dudit élément radial (54) comporte au moins un raidisseur (86) qui est formé d'une seule pièce avec l'enveloppe (74) et qui est configuré pour être disposé sur ledit chemin d'effort.
Elément radial de stator de turbomachine comportant un raidisseur
La présente invention se rapporte aux stators de turbomachine, et en particulier à la fabrication des éléments radiaux de ces stators.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
Les turbomachines conventionnelles peuvent comporter plusieurs types de stators. Elles peuvent, en premier lieu, comporter des stators constitués uniquement d’une virole extérieure. Ces stators sont destinés à recevoir des éléments tournants tels que des roues aubagées de compresseur et/ou de turbine. Elles peuvent aussi, en second lieu, comporter des stators à moyeu interne, constitués d’une virole extérieure et d’un moyeu intérieur axial qui sont reliés par des éléments radiaux et qui forment ainsi une structure statique. Par exemple, de telles turbomachines peuvent comporter des carters intermédiaires en amont de la turbine basse pression, connus sous le nom de carters TCF ou TVF, acronymes anglais respectifs des expressions «Turbine Center Frame >> et «Turbine Vane Frame », des carters d’échappement en aval de la turbine basse pression, connus sous le nom de carters TRF ou TRV, acronymes anglais respectifs des expressions «Turbine Rear Frame» et «Turbine Rear Vane», ou encore des stators de distributeurs basse pression ou des redresseurs interposés entre deux roues mobiles consécutives de turbine. Toutes ces structures statiques sont soumises à de fortes charges. En fonction de la destination d’usage de ces stators à moyeu interne, les éléments radiaux peuvent être constitués de simples bras aérodynamiques ou d’aubes fixes de manière à former des redresseurs. Dans ce dernier cas, ces stators sont soumis à des charges encore supérieures du fait des efforts que le flux de gaz traversant la turbomachine exerce sur les aubes fixes.
Dans certains types de turbomachine, les stators peuvent être réalisés sous la forme d’assemblages de tronçons angulaires de virole extérieure, de tronçons angulaires de moyeu intérieur axial, et d'éléments radiaux, chaque élément radial étant assemblé à un tronçon angulaire de virole extérieure et à un tronçon angulaire de moyeu intérieur axial. Dans d'autres types de turbomachine, les stators peuvent être réalisés sous la forme d’assemblages de tronçons angulaires monoblocs de stator comportant chacun un tronçon angulaire de virole extérieure, un tronçon angulaires de moyeu intérieur axial, et des éléments radiaux formés d'une seule pièce avec ces derniers.
Que les éléments radiaux soient des bras aérodynamiques ou des aubes fixes de redresseur, ces éléments sont soumis à de fortes sollicitations, en particulier lorsqu’ils sont placés dans le flux primaire d’écoulement des gaz de la turbomachine.
Les bras aérodynamiques sont ainsi soumis à de fortes sollicitations structurales et aérodynamiques, et les aubes fixes de redresseur sont soumises à la fois à des sollicitations structurales et à des sollicitations aérodynamiques provoquées par l’écoulement du flux de gaz qui les traverse. La rigidité et la résistance de ces éléments radiaux est donc un critère déterminant de leur conception.
Que les stators soient constitués d'un assemblage ou présentent une structure monobloc, on utilise de préférence, pour leurs éléments radiaux, des éléments radiaux métalliques monobloc.
Conventionnellement, la rigidité de ces éléments est assurée par une quantité de métal conséquente destinée à leur apporter la rigidité nécessaire. Ces éléments sont conventionnellement réalisés en fonderie, et la rigidité est donc assurée par une quantité importante de matériau visant à leur conférer la rigidité requise.
Une quantité importante de matériaux est synonyme d’une masse élevée, qui va à l’encontre de la tendance actuelle visant à réduire la masse totale globale des turbomachines afin d’améliorer le rendement énergétique de l’aéronef qui en est équipé.
Il est donc souhaitable de proposer une nouvelle conception de stator et/ou de secteur angulaire de stator comportant des éléments radiaux monoblocs de rigidité élevée qui minimisent leur impact sur la masse globale du stator et/ou du secteur angulaire de stator qu’ils équipent.
EXPOSÉ DE L’INVENTION
L'invention a donc pour but de proposer une nouvelle conception d’un stator et/ou d’un secteur angulaire de stator comportant un élément radial creux pourvu d’au moins un raidisseur judicieusement placé sur le chemin des efforts auxquels ledit élément radial risque d’être soumis.
Dans ce but, l’invention propose un élément radial, notamment un bras structurel et/ou au moins une aube formant redresseur, d'un secteur de stator de turbomachine comportant au moins un tronçon angulaire de virole extérieure axiale et un tronçon angulaire de moyeu intérieur axial entre lesquels sont interposés ledit au moins un élément radial, ledit élément radial pouvant être assemblé aux tronçons de virole extérieure et de moyeu intérieur ou bien être formé d’une seule pièce avec ceux-ci, ledit élément radial comportant par ailleurs une enveloppe délimitant une cavité interne, et étant susceptible d'être soumis à au moins un effort traversant ledit secteur de stator selon un chemin déterminé, caractérisé en ce que ladite cavité interne dudit élément radial comporte au moins un raidisseur qui est formé d’une seule pièce avec l'enveloppe et qui est configuré pour être disposé sur ledit chemin d'effort.
Selon d’autres caractéristiques de l'élément radial :
- la cavité de l'enveloppe est délimitée par au moins deux parois opposées s'étendant suivant sensiblement des directions axiale et radiale, et chaque raidisseur s'étend entre lesdites parois,
- chaque raidisseur est conformé sous la forme d'une nervure oblongue d'orientation sensiblement radiale, et une première extrémité de jonction dudit élément radial avec le tronçon angulaire de moyeu comporte au moins un orifice qui débouche sensiblement radialement dans la cavité.
- l'orifice s'étend suivant la direction axiale au moins de part et d'autre de chaque raidisseur,
- chaque raidisseur est incliné par rapport à la direction radiale et ne s'étend pas jusqu'à une seconde extrémité de jonction dudit élément radial avec le tronçon angulaire de virole extérieure,
- chaque raidisseur est constitué d'une structure en forme de nid d'abeilles,
- chaque raidisseur est constitué d'au moins un plot s'étendant entre les parois opposées.
- l'élément radial et son au moins un raidisseur sont obtenus par un procédé de moulage.
- en variante, ledit élément radial et son au moins un raidisseur sont obtenus par un procédé de fabrication additive.
L’invention concerne aussi un premier procédé de fabrication d'un élément radial d'un secteur de stator de turbomachine, caractérisé en ce qu'il comporte au moins:
• une première étape d'insertion dans un moule, correspondant aux formes externes de l'élément radial à obtenir, d'un noyau de forme complémentaire de la cavité et de l'au moins un raidisseur, • une deuxième étape de coulée du métal, • une troisième étape de refroidissement du métal, • une quatrième étape de démoulage de l'élément radial, • une cinquième étape de décochage du noyau et d'évacuation de résidus dudit noyau par l'orifice.
En variante, l’invention concerne aussi un second procédé de fabrication d'un élément radial d'un secteur de stator de turbomachine, caractérisé en ce qu'il comporte au moins :
• une étape de conception d'un modèle en trois dimensions d'un élément radial, par conception assistée par ordinateur, • une étape de fabrication additive consistant en l'impression simultanée en trois dimensions de l'élément radial par fusion d'une poudre métallique, au cours de laquelle on fabrique l'élément radial en pilotant par ordinateur, selon le modèle et par couches successives, un faisceau vers un lit de poudre d'alliage métallique faisant fondre ladite poudre d'alliage aux points d'impact dudit faisceau.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
L’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 faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 est une demi-vue en coupe axiale d’une turbomachine,
- la figure 2 est une vue en bout d’un stator ;
- la figure 3 est une vue en perspective d’un secteur de stator comportant un élément radial selon l'invention ;
- la figure 4 est une vue en coupe avec arrachement d’un secteur de stator selon un état antérieur de la technique ;
- la figure 5 est une vue de côté avec arrachement d’un secteur de stator comportant un élément radial selon un premier mode de réalisation de l’invention ;
- la figure 6 est une vue de côté avec arrachement d’un secteur de stator comportant un élément radial selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ;
- la figure 7 est une vue de côté avec arrachement d’un secteur de stator comportant un élément radial selon un troisième mode de réalisation de l’invention ;
- la figure 8 est une vue de côté avec arrachement d’un secteur de stator comportant un élément radial selon un quatrième mode de réalisation de l’invention ;
- la figure 9 est un diagramme-bloc illustrant les étapes d’un premier procédé de fabrication selon l’invention ; et
- la figure 10 est un diagramme-bloc illustrant les étapes d’un second procédé de fabrication selon l’invention.
Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires. Pour l'orientation des figures, on se référera au dièdre X, R représentant les directions axiales et radiales de la turbomachine.
DESCRIPTION DETAILLEE
On a représenté à la figure 1 une turbomachine 10 à double flux pour un aéronef. De manière connue, la turbomachine 10 comporte une soufflante 12 et un moteur à turbine à gaz 14. Le moteur à turbine à gaz 14 comporte un compresseur basse pression 16, un compresseur haute pression 18, une chambre de combustion 20, une turbine haute pression 22, une turbine basse pression 24, et une tuyère d'échappement 26. Le rotor du compresseur haute pression 18 et le rotor de la turbine haute pression 22 sont reliés par un arbre haute pression 28 et forment avec lui un corps haute pression (HP). Le rotor du compresseur basse pression 16 et le rotor de la turbine basse pression 24 sont reliés par un arbre basse pression 30 et forment avec lui un corps basse pression (BP).
Le moteur à turbine à gaz 14 est traversé par un flux de gaz primaire P. Comme l'illustrent les flèches de la figure 1, une veine d'écoulement 32 du flux de gaz primaire P traverse ainsi successivement le compresseur basse pression 16, le compresseur haute pression 18, la chambre de combustion 20, la turbine haute pression 22, la turbine basse pression 24, et la tuyère d'échappement 26.
Les arbres HP et BP s'étendent suivant un axe A qui est l'axe longitudinal de la turbomachine 10. Dans la suite de la description, les notions d’orientation axiale ou radiale sont relatives à cet axe A.
La turbomachine 10 comporte un carter annulaire 33 et un séparateur 34 qui circonscrit sensiblement le moteur à turbine à gaz 14 et qui entoure le carter annulaire 32. Le séparateur 34 est lui-même entouré par un carter annulaire externe 36 avec lequel il délimite une veine d’écoulement 38 d’un flux secondaire S autour du moteur à turbine à gaz
14. Le flux secondaire S, qui a été représenté par une flèche S sur la figure 1, est produit par la soufflante 12.
La soufflante 12 comprend un disque de rotor 42, qui est accouplé à l'arbre basse pression 30 et qui comporte un ensemble de pales 40 s'étendant radialement vers l'extérieur à partir dudit disque 42.
En fonctionnement, l'air circule à travers la soufflante 16 et est divisé entre le flux d'air primaire P et le flux d'air secondaire S.
Le flux d'air primaire P est acheminé dans la veine 32 où il est comprimé par les compresseurs BP 16 et HP 18 et il alimente la chambre de combustion 20 ou il est mélangé avec du carburant, puis brûlé. Les gaz de combustion chauds produits par la chambre de combustion 20 sont utilisés pour actionner les turbines HP 22 et BP 24. La turbine BP 24 est utilisée pour assurer l'entraînement de la soufflante 12.
Le flux d'air secondaire S mû par la soufflante 12 est acheminé dans la veine 38, traverse un étage 44 d'aubes directrices de sortie puis est mélangé aux gaz de combustion sortant de la tuyère 26 pour fournir une poussée à l'aéronef.
La turbomachine 10 comporte différents stators. Par exemple, dans la veine 32, entre deux étages 46, 48 de la turbine basse pression 24, le carter 33 comporte un stator 50 formant redresseur, qui comporte une virole extérieure axiale 52, des aubes 54 radiales destinées à redresser le flux circulant dans la veine 32, et un moyeu 56 axial intérieur.
Ce redresseur 50 est soumis à des sollicitations structurales élevées, à des sollicitations mécaniques également élevées du fait des efforts exercés par le gaz circulant dans la veine 32 sur les aubes 54, et à des sollicitations élevées du fait de la température du gaz circulant dans la veine 32. Pour cette raison, un tel redresseur 50 est généralement réalisé à partir de matériaux métalliques de manière à garantir une résistance optimum à ces contraintes. Le redresseur peut être monobloc, de type DAM (acronyme de Disque Aubagé Monobloc) ou être constitué d'un assemblage de secteurs angulaires de stators, qui sont eux-mêmes réalisés par assemblage de différents éléments qui sont eux-mêmes de conception monobloc.
De la même manière, la turbomachine 10 comporte dans la veine 32, en aval de la turbine basse pression 24, un stator 58 comportant une virole extérieure axiale 60, des bras aérodynamiques radiaux 62, et un moyeu intérieur axial 64. Le stator 58 est principalement soumis à des contraintes structurales et thermiques. Pour cette raison, un tel stator 58 est généralement réalisé à partir de matériaux métalliques.
Dans la suite de la présente description, on décrira une aube radiale 54 réalisée conformément à l'invention. L'invention trouve à s'appliquer à l'aube radiale 54, mais peut trouver à s'appliquer à tout autre type d'élément radial, comme par exemple un bras aérodynamique radial 62.
La figure 2 représente de manière schématique le redresseur 50, qui est ici, de manière non limitative de l'invention constitué d’un assemblage de secteurs angulaires de stator 66 monoblocs comportant chacun au moins un tronçon angulaire 68 de virole extérieure axiale, un tronçon angulaire 70 de moyeu intérieur axial, et une aube 54 radiale reliant le tronçon angulaire 68 de virole externe axiale et le tronçon angulaire 70 de moyeu intérieur axial, ces éléments étant formés d'une seule pièce.
Il sera compris que cette configuration n'est présentée qu'à titre d'exemple. Le redresseur 50 pourrait être constitué de tronçons angulaires 70 de moyeu intérieur axial, de tronçons angulaires 68 de virole externe axiale et d'aubes 54 indépendants, assemblés les uns aux autres par des moyens de liaison mécanique, l'invention ne concernant ici que l'élément radial que constitue l'aube 54.
Les secteurs angulaire de stator 66 monobloc du type de celui qui a été représenté à la figure 2 peuvent s’étendre suivants des secteurs angulaires différents, et comporter un nombre différent d’aubes 54. Ainsi, dans un cas extrême d'un disque aubagé monobloc (DAM), le stator pourrait ne comporter qu'un seul secteur de stator couvrant un secteur angulaire de 360°.
Un secteur angulaire de stator 66 a été représenté à la figure 3. Ce secteur angulaire de stator 66 comporte, comme on l’a vu, le tronçon angulaire 68 de virole extérieure axiale, le tronçon angulaire 70 de moyeu intérieur axial et, dans ce mode de réalisation, un élément radial 54 conformé en aube radiale qui s’étend entre le tronçon angulaire 68 de virole extérieure axiale et le tronçon angulaire 70 de moyeu intérieur axial, et qui est formée d’une seule pièce avec ces derniers.
On remarquera que le tronçon angulaire 70 de moyeu intérieur axial comporte un tourillon 72 permettant sa fixation à des éléments de carter interne (non représentés) de la turbomachine à laquelle il est destiné.
Comme l’illustre la figure 4, l’élément radial 54 ou aube de ce secteur angulaire de stator 66, comporte une enveloppe 74 qui délimite une cavité interne 76.
Dans la suite de la présente description, l'aube est destinée à faire partie d'un redresseur de la turbomachine, mais il sera compris que cette disposition n’est pas limitative de l’invention et que l'invention trouverait notamment à s’appliquer à un simple bras 62 aérodynamique d'un stator 58 du type de celui qui a été décrit en référence à la figure 1, et plus généralement à tout élément radial interposé entre une virole extérieure et une virole intérieure.
Un élément radial 54 conventionnel, tel que l'aube représentée à la figure 4, comporte une cavité 76 dont les seules fonctions sont de limiter sa masse, et d’en assurer le refroidissement. A cet effet l'élément radial 54 comporte un orifice 78 d'orientation radiale qui est agencé à une première extrémité de jonction de l'élément 54 avec le tronçon angulaire 70 de moyeu intérieur axial, et qui débouche dans la cavité 76. Si l'élément radial 54 est formé d'une seule pièce avec le tronçon angulaire 70 de moyeu intérieur axial, comme cela a été représenté à la figure 3, cette extrémité de jonction consiste une zone de raccordement des formes moulées, et si l'élément radial 54 est indépendant, elle constitue un plan d'assemblage de cet élément 54 sur le tronçon angulaire 70 de moyeu intérieur axial.
Conventionnellement, l'élément radial 54 est réalisée par moulage, et on remarquera que, à cet effet, l’orifice 78 est également prévu pour permettre le décochage d’un noyau de fonderie complémentaire des formes de la cavité 76 et permettant la réalisation de celle-ci.
D’une manière générale, l'élément radial 54 comporte au moins deux parois opposées 81, 82, représentées à la figure 3, qui délimitent la cavité 76. Dans le cas particulier d’un secteur angulaire de stator 66 comportant une aube formant l'élément radial 54, comme c’est le cas sur la figure 4, les parois 80, 82 correspondent respectivement à des parois d’intrados et d’extrados du profil de l’aube et se rejoignent aux extrémités axiales de l’aube suivant un bord d’attaque 84 et un bord de fuite 86.
Pour assurer la rigidité d’un tel élément radial 54, les conceptions conventionnelles consistent à augmenter l’épaisseur des parois 80, 82 et des bords 84, 86. Il en résulte une augmentation globale de la masse de l'élément radial 54 qui pénalise, sinon les performances de la turbomachine dans laquelle est utilisé, du moins les performances de l’aéronef qui en est équipé, tout poids supplémentaire embarqué entraînant en effet une consommation supplémentaire de carburant.
Lors de son utilisation, le secteur angulaire de stator 66, est en particulier susceptible d’être soumis dans sa globalité à au moins un effort traversant ledit secteur 66 selon un chemin déterminé, et plus généralement à une pluralité d’efforts cheminant selon différents chemins. Il en est de même en ce qui concerne l’élément radial 54 qui est également soumis à au moins un effort le traversant selon un chemin déterminé. Or, un élément radial 54 conventionnel ne tient pas spécifiquement compte, dans sa conception, de la position des chemins d’effort par lesquelles les efforts cheminent au sein de l’élément radial 54, la résistance aux efforts étant traitée de manière globale par une augmentation de la rigidité globale de l'élément radial 54. Une augmentation de la rigidité de l'élément radial 54 est généralement obtenue par une augmentation globale de l’épaisseur des parois de l’élément radial 54, ce qui lui permet de lui conférer la rigidité requise, mais ce qui implique aussi des surépaisseurs de ses parois dans des zones elles ne sont pas nécessairement requises. Ceci a pour conséquence une augmentation de la masse globale de l'élément radial 54 en pure perte.
L’invention permet de remédier à cet inconvénient en proposant un secteur de stator monobloc 66 comportant au moins un raidisseur 86 conférant la rigidité requise au secteur de stator 66, et plus particulièrement à l’élément radial 54.
Plus particulièrement, l'invention propose un élément radial 54 du type décrit précédemment, caractérisé en ce que la cavité interne 76 de l’élément radial que forme l'aube 54 comporte au moins un raidisseur 86 qui est formé d’une seule pièce avec l’enveloppe 74 et qui est configuré pour être disposé sur le chemin d’effort associé à l’effort auquel le secteur de stator 66 est susceptible d’être soumis.
Les figures 5 et 6 illustrent de manière non limitative un premier et un deuxième mode de réalisation d’un secteur de stator 66 monobloc, celui-ci pouvant être obtenu par moulage ou par un procédé de fabrication additive. Dans chacun de ces premier et deuxième modes de réalisation, l’élément radial ou aube 54 comporte dans sa cavité 76 au moins un raidisseur 86 configuré sous la forme d’une nervure oblongue d’orientation sensiblement radiale R. Sur les figures 5 et 6, on a représenté une aube 54 comportant trois raidisseurs en forme de nervures oblongues, mais il sera compris que le nombre de ces nervures n’est pas limitatif de l’invention.
Lorsque ce secteur de stator 66 obtenu par moulage, l’orifice 78, par lequel la cavité 76 débouche dans le tronçon angulaire de moyeu 70 est notamment prévu pour permettre l’évacuation d’un noyau de fonderie (non représenté) qui permet de réaliser simultanément la cavité 76 et l’au moins une nervure formant le raidisseur 86.
Dans ce dernier cas, lors de la fabrication du secteur de stator 66, le noyau de moulage est décoché de manière que tous les résidus de ce noyau soient évacués par l’orifice 78. Ceci implique que les résidus du noyau, une fois dissous, trouvent un chemin par lequel ils sont évacués.
D’une manière générale, chaque nervure formant un raidisseur 86 est formé d’une seule pièce avec l’enveloppe c’est-à-dire qu’elle s’étend à partir d’au moins une des parois 80, 82 opposées de l’enveloppe 74 précédemment décrites en référence à la figure 1, s'étendant suivant sensiblement dans des directions axiale X et radiale R. Toutefois, dans le mode de réalisation préféré de l’invention, chaque nervure 86 s’étend entre les parois opposées 81, 82 de l’enveloppe 74, c’est-à-dire, dans le cas d’une aube 54 tel que représentée aux figures 5 et 6, entre ses parois d’intrados 80 et d’extrados 82.
Cette configuration permet de conférer une rigidité maximale à l’aube 54. On remarquera toutefois, dans le cadre d'un élément radial 54 obtenu par moulage, qu’elle impose la contrainte de configurer cet élément 54 de manière que le noyau puisse être ôté de la cavité 76 lors de son décochage sans être perturbé par la présence des nervures 86.
C'est pourquoi, dans le cadre d'un élément radial 54 obtenu par moulage, l’orifice 78 s’étend suivant la direction axiale X de part et d’autre de l’au moins une nervure afin que l’intégralité du noyau puisse être évacuée par cet orifice 78.
Dans le premier mode de de l’invention qui a été représenté à la figure 5, chaque nervure 86 est radiale et s’étend depuis l’orifice 78 sensiblement jusqu’au tronçon angulaire de virole extérieure 68.
Dans le cas d'un élément radial 54 moulé, l’orientation radiale des nervures 86 permet un démoulage aisé du noyau lors du moulage du secteur de stator 66.
Dans le second mode de réalisation de l’invention qui a été représenté à la figure 6, chaque nervure 86 est inclinée par rapport à la direction radiale d’un angle a déterminé. Dans le cas d'un élément radial 54, il importe que l'inclinaison des nervures 86 ne fasse pas obstacle au démoulage du noyau. À cet effet, les nervures 86 ne s’étendent pas jusqu’au tronçon angulaire de virole extérieure 68, ce qui permet de libérer le passage des résidus du noyau de fonderie autour de ces nervures 86.
Selon des troisièmes et quatrièmes modes de réalisation de l’invention, d'autres formes de raidisseur 86 peuvent être envisagées, les exemples représentés aux figures 7 et 8 n’étant évidemment pas limitatifs de l’invention.
Par exemple, comme l’illustre un troisième mode de réalisation de l’invention qui a été représenté à la figure 7, le raidisseur 86 est constitué d’une structure en forme de nid d’abeilles, en deux dimensions ou en trois dimensions, qui s’étend ou non dans tout ou partie de l’épaisseur de la cavité 76, et de préférence intégralement entre les parois 80, 82. Une telle structure est préférentiellement obtenue par un procédé de fabrication additive, c’est-à-dire par impression en trois dimensions.
Ce procédé de fabrication permet, à partir d’une poudre métallique, notamment une poudre métallique de superalliage de configurer le secteur de stator 66, sa cavité 76, et son raidisseur 86 par fusion locale de la poudre dans des couches successives de métal, dont l’empilement permet d’obtenir au final le secteur de stator 66 définitif.
Cette structure présente donc la forme d’un réseau d’éléments unitaires de forme hexagonale, mais il sera compris que d’autres formes de réseaux peuvent être envisagées, par exemple des maillages parallélépipédiques, cubiques, pentagonaux, ou tout autre type de réseau susceptible de conférer à l’aube 54 la rigidité désirée.
À titre d’exemple, pour une aube de redresseur conventionnel on pourra choisir une structure de nid d’abeilles comportant de 5 à 50 alvéoles ayant une épaisseur de paroi de 0,5 à 5 mm.
Selon un quatrième mode de réalisation de l'invention qui a été représenté à la figure 8, les raidisseurs 86 peuvent être constitués d’au moins un plot s’étendant entre les parois opposées 81, 82 précédemment décrites à la figure 3. Les plots formant les raidisseurs 86 peuvent être répartis de manière uniforme dans toute la cavité 76 ou au contraire être répartis de manière non uniforme pour rigidifier certaines zones de l’aube 54. Les plots formant les raidisseurs 86 peuvent être obtenus par moulage ou par fabrication additive.
À titre d’exemple, pour une aube 54 de redresseur conventionnel, on pourra choisir un nombre de 1 à 20 plots uniformément distribués d’un diamètre de 5 à 100 mm.
Comme on l'a vu, le raidisseur 86 peut être fabriqué en même temps que l'élément radial 54 par un procédé de moulage ou par un procédé de fabrication additive.
Comme l’illustre la figure 9, un premier procédé de fabrication de l’invention comporte au moins comporte une première étape ET1 d'insertion dans un moule (non représenté) correspondant aux formes extérieures de l'élément 54, et donc du secteur de stator 66 à obtenir, d’un noyau (non représenté) de forme complémentaire de la cavité 76 et de l’au moins un raidisseur 86.
Puis, ce procédé comporte une deuxième étape ET2 de coulée du métal. S’ensuit une troisième étape ET3 de refroidissement du métal, suivie par une quatrième étape ET4 de démoulage de l'élément radial 54. Puis, au cours d'une cinquième étape ET5, on procède au décochage du noyau et à l’évacuation des résidus hors de la cavité 76.
Un second procédé de fabrication de l’invention comporte au moins une étape ΕΤΊ au cours de laquelle on conçoit un modèle en trois dimensions d’un élément 54, ici de manière simultanée avec le secteur de stator 66 dont il fait partie, à l’aide d’un logiciel de conception assistée par ordinateur. Puis, au cours d’une seconde étape ET’2 de fabrication additive, on imprime en trois dimensions l'élément radial 54 par un procédé de fusion d'une poudre métallique à l'aide d'un faisceau, par exemple à l'aide d'un procédé laser SLM (acronyme anglo-saxon de sélective laser melting) ou par un faisceau d'électrons, permettant la fusion d’une poudre métallique, notamment une poudre de superalliage. Au cours de cette étape ET’2, on pilote le faisceau réalisant la fusion par ordinateur, selon le modèle établi à l’étape ΕΤΊ. En l'occurrence, dans la cadre d'un procédé SLM, on pilote le laser par couches successives de manière que le laser soit dirigé vers un lit de poudre d’alliage métallique qui fait fondre la poudre d’alliage métallique à des points d’impact du rayon laser déterminés par le modèle.
On réalise de cette manière simultanément le secteur de stator 66, l'élément 54 et l’au moins un raidisseur 86.
L'invention permet donc de réaliser un élément radial 54 dont le raidisseur 86 est positionné suivant les chemins d’efforts auxquels l’élément radial 54 est soumis, ce qui permet de disposer d’un élément radial 54 particulièrement apte à résister audits efforts tout en présentant une masse réduite.
Claims (11)
- REVENDICATIONS1. Elément radial , notamment un bras structurel et/ou au moins une aube formant redresseur, d'un secteur de stator (66) de turbomachine (10) comportant au moins un tronçon angulaire de virole extérieure axiale (68) et un tronçon angulaire de moyeu intérieur axial (70) entre lesquels sont interposés ledit au moins un élément radial , ledit élément radial comportant une enveloppe (74) délimitant une cavité interne (76), et étant susceptible d'être soumis à au moins un effort traversant ledit secteur de stator selon un chemin déterminé, caractérisé en ce que ladite cavité interne dudit élément radial comporte au moins un raidisseur (86) qui est formé d’une seule pièce avec l'enveloppe (74) et qui est configuré pour être disposé sur ledit chemin d'effort.
- 2. Elément radial selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la cavité (76) de l'enveloppe est délimitée par au moins deux parois opposées (80, 82) s'étendant suivant sensiblement des directions axiale (X) et radiale (R), et en ce que chaque raidisseur (86) s'étend entre lesdites parois (80, 82).
- 3. Elément radial selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque raidisseur (86) est conformé sous la forme d'une nervure oblongue d'orientation sensiblement radiale (R), et en ce qu'une première extrémité de jonction dudit élément radial avec le tronçon angulaire de moyeu (70) comporte au moins un orifice (78) qui débouche sensiblement radialement dans la cavité (76).
- 4. Elément radial selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'orifice (78) s'étend suivant la direction axiale (X) au moins de part et d'autre de chaque raidisseur (86).
- 5. Elément radial selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que chaque raidisseur (86) est incliné par rapport à la direction radiale (R) et ne s'étend pas jusqu'à une seconde extrémité de jonction dudit élément radial avec le tronçon angulaire de virole extérieure (68).
- 6. Elément radial selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque raidisseur (86) est constitué d'une structure en forme de nid d'abeilles.
- 7. Elément radial selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque raidisseur (86) est constitué d'au moins un plot s'étendant entre les parois opposées (80, 82).
- 8. Elément radial selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit élément radial et son au moins un raidisseur (86) sont obtenus par un procédé de moulage.
- 9. Elément radial selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit élément radial et son au moins un raidisseur (86) sont obtenus par un procédé de fabrication additive.
- 10. Procédé de fabrication d'un élément radial d'un secteur de stator (66) de turbomachine selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte au moins:- une première étape (ET1) d'insertion dans un moule, correspondant aux formes externes de l'élément radial à obtenir, d'un noyau de forme complémentaire de la cavité (76) et de l'au moins un raidisseur (86),- une deuxième étape (ET2) de coulée du métal,- un troisième étape (ET3) de refroidissement du métal,- une quatrième étape (ET4) de démoulage de l'élément radial ,- une cinquième étape (ET5) de décochage du noyau et d'évacuation de résidus dudit noyau par l'orifice (78).
- 11. Procédé de fabrication d'un élément radial d'un secteur de stator (66) de turbomachine selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte au moins :- une étape de conception d'un modèle en trois dimensions d'un élément radial, par conception assistée par ordinateur,- une étape de fabrication additive consistant en l'impression simultanée en trois dimensions de l'élément radial par fusion d'une poudre métallique, au cours de laquelle on fabrique l'élément radial en pilotant par ordinateur, selon le modèle et par couches successives, un faisceau 5 vers un lit de poudre d'alliage métallique faisant fondre ladite poudre d'alliage aux points d'impact dudit faisceau.1/62/6
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2017
- 2017-01-05 FR FR1750112A patent/FR3061512B1/fr active Active
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