FR3066780B1 - Piece amovible anti-usure pour talon d'aube - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un ensemble comprenant : - une aube mobile (100) pour turbomachine comprenant un talon (130), - une pièce amovible (300) comprenant un matériau anti-usure, configurée pour être fixée de façon amovible au niveau d'un bord du talon (130) pour limiter l'usure du talon (130).

Description

Pièce amovible anti-usure pour talon d'aube
DOMAINE TECHNIQUE GENERAL L'invention concerne la mise en place de matériau anti-usure sur des talons d'aube dans une turbomachine pour aéronef.
Les aubes peuvent être des aubes de turbine ou de distributeur. L'invention vise plus en particulier les talons d'aubage mobile de turbine basse-pression.
ETAT DE L'ART
Dans une turbomachine, la turbine récupère une partie de l'énergie de la combustion des gaz pour le fonctionnement de la soufflante, du compresseur et des accessoires. Une des pièces constitutives de la turbine est le rotor.
Du fait des sollicitations mécaniques et vibratoires, ces pièces ont besoin d'un matériau d'une dureté plus élevée dans le but de fournir un meilleur amortissement vibratoire et une meilleure tolérance aux frictions pour les zones du talon en contact.
Pour cela, un procédé connu consiste à déposer, après fabrication de l'aube, un matériau anti-usure au niveau de certaines zones du talon par brasage ou chargement. Le document FR3001758 décrit une architecture de talon adaptée pour cela et décrit la mise en place du matériau anti-usure.
Toutefois, ce procédé, qu'on appelle « stellitage », du nom commercial du matériau anti-usure généralement employé, est compliqué et engendre des criques, des zones de fragilité à l'interface entre les deux matériaux et des manques de matière.
De plus, ces zones, qui s'usent, doivent être réparées régulièrement. Typiquement, on enlève le reste de matériau anti-usure et on remet une nouvelle couche.
Un autre procédé connu consiste à placer un insert dans l'aube qui, après chauffage, faite partie intégrante de l'aube. Il génère néanmoins des difficultés à l'interfaçage, notamment dues au caractère bi-matériau de l'aube.
Il existe ainsi un besoin d'amélioration pour simplifier le « stellitage » du talon d'une aube.
PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention propose ainsi un ensemble comprenant : - une aube mobile pour turbomachine comprenant un talon, - une pièce amovible comprenant un matériau anti-usure, configurée pour être fixée de façon amovible au niveau d'un bord du talon pour limiter l'usure du talon.
De la sorte, les opérations de « stellitage » sont plus rapides et plus simples, puisqu'il suffit de remplacer la pièce amovible.
Le talon peut comprendre une plateforme présentant un premier bord côté intrados de l'aube et un deuxième bord côté extrados de l'aube, dans lequel la pièce amovible est configurée pour être fixée sur un des deux bords.
La pièce amovible peut alors présenter au moins une extrémité repliée en forme de crochet pour prendre en sandwich une portion de la plateforme au niveau dudit bord.
La pièce amovible, lorsque fixée sur l'aube, peut s'étendre du premier bord au deuxième bord.
La pièce amovible peut présenter deux extrémités repliées en forme de crochet pour prendre en sandwich une portion du premier bord et une portion du deuxième bord.
Les deux bords peuvent avoir des formes respectives en saillie et en retrait, afin de permettre un assemblage de deux aubes adjacentes, et dans lequel la pièce amovible, lorsqu'installée, recouvre la saillie et/ou le retrait.
Le talon peut comprendre deux léchettes d'étanchéité s'étendant depuis la plateforme et dans lequel, lorsqu'installée, la pièce amovible est située entre les deux léchettes.
La pièce amovible peut être réalisée en ledit matériau anti-usure.
La pièce amovible peut comprendre un revêtement en ledit matériau anti-usure.
La pièce amovible peut être déformable, afin de permettre sa fixation sur le talon de l'aube, préférablement par déformation élastique. L'invention concerne aussi une pièce amovible telle que définie précédemment et qui est destinée à être utilisée sur un talon d'aube. L'invention concerne aussi une turbine comprenant une pluralité d'ensembles tels que décrits précédemment, dans laquelle, pour deux aubes successivement arrangées, les pièces amovibles respectives sont en contact au niveau du matériau anti-usure.
Enfin, l'invention concerne un procédé de stellitage à l'aide d'un ensemble tel que décrit précédemment, comprenant une étape de montage de la pièce amovible sur le talon de l'aube en déformant ladite pièce amovible. Le procédé peut en outre comprendre une étape antérieure ou postérieure de démontage de la pièce amovible déjà montée sur le talon, en déformant ladite pièce amovible.
PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés, sur lesquels : - La figure 1 représente une aube de turbine telle qu'existante actuellement, - Les figures 2 à 7 illustrent différentes vues d'un mode particulier de l'invention monté sur un talon d'aube de turbine.
DESCRIPTION DETAILLEE
La description détaillée sera faite sur une aube de turbine de turbomachine, en particulier pour un aéronef.
La figure 1 illustre une aube de turbine 100. Celle-ci comprend classiquement trois parties : une pale 110 qui comprend un intrados 112 et un extrados 114, un pied 120 à une extrémité proximale de la pale 110 et un talon 130 à une extrémité opposée, dite distale. Les termes « distale » et « proximale » sont définis par rapport à un axe longitudinal selon lequel l'étend la turbomachine. Cet axe longitudinal correspond à l'axe principal de rotation des différents éléments majeurs constitutifs de la turbomachine.
La pale 110 est la partie qui reçoit le flux d'air issue d'une veine d'air (veine primaire pour une turbine de turbomachine à double flux par exemple). Lorsqu'installée, la pale 110 s'étend radialement vers l'extérieur par rapport à l'axe longitudinal de la turbomachine. La direction d'extension de la pale 110 définit sensiblement une direction Z.
Le pied 120 est fixé sur un moyeu tel qu'un disque du rotor de la turbomachine. Le disque permet d'entraîner en rotation l'aube autour de l'axe longitudinal de la turbomachine. Le pied ne sera pas décrit davantage.
Le talon 130 comprend une plateforme 200 présentant un premier bord 210, du côté intrados 112, et un deuxième bord 220, du côté extrados 114. Lorsque plusieurs aubes sont fixées sur un disque de rotor, leur talon 130 respectif sont disposés bord à bord de manière à former une couronne rotative délimitant une surface de révolution autour l'axe principale de la machine, notamment à l'aide des plateformes 200 respectives. Cette couronne a notamment pour fonction de délimiter une surface extérieure d'une veine d'écoulement du gaz et de limiter les fuites.
La plateforme 200 définit sensiblement la direction Y. La direction Y est la direction tangentielle de la couronne précitée. La direction X est orthogonale aux directions Y et Z.
Ainsi, lorsqu'une pluralité d'aubes 100 est installée, le premier bord 210 d'une première aube 100 est en regard du deuxième bord 220 d'une deuxième aube 100.
Les bords 210, 220 ont des formes complémentaires. Par exemple, le premier bord 210 du côté de l'intrados 112 présente une forme en retrait et le deuxième bord 220 du côté extrados 114 présente une forme en saillie, configurée pour être reçue dans la forme en retrait du premier bord 210 de l'aube adjacente le long de la circonférence de la turbomachine. La saillie peut former un V, dit V positif, et le retrait peut former un V, dit V négatif.
En particulier, l'épaisseur de la plateforme 200 diminue vers le sommet du V (pour les deux V).
Au niveau de la jonction entre deux aubes 100, pour éviter l'usure et mieux supporter les efforts provoqués par les contacts, le talon 130 est renforcé par un matériau anti-usure. Pour cela, on utilise une pièce amovible 300 comprenant un matériau anti-usure. La pièce amovible 300 peut ainsi être fixée et enlevée du talon 130 de l'aube 100.
Dans un mode de réalisation (non illustré sur les figures), la pièce amovible 300 ne protège qu'un seul bord 210 ou 220 de l'aube 100. Une autre pièce amovible est alors prévue pour protéger l'autre bord 220 ou 210.
Dans un autre mode de réalisation, illustrés sur les figures 2 à 7, la pièce amovible 300 s'étend du premier bord 210 au deuxième bord 220, c'est-à-dire que la même pièce amovible 300 protège le talon 130 de l'aube pour les contacts avec les deux aubes adjacentes, de part et d'autre.
La pièce amovible 300 s'étend au-delà du bord 210 ou 220 qu'elle protège, afin de protéger ledit bord.
Afin d'être maintenue attachée au talon 130, la pièce amovible 300 peut présenter une extrémité repliée 310, qui forme un crochet, et qui vient prendre en sandwich la plateforme au niveau du bord 210. Préférablement, l'autre extrémité 320 de la pièce amovible 300 est aussi repliée pour former un crochet qui prend en sandwich la plateforme 200 au niveau de l'autre bord 220.
Grâce au crochet, le mouvement selon la direction Z est bloqué. En effet, lors de la rotation de la turbine, la force centrifuge tend à éjecter la pièce amovible radialement vers l'extérieur. L'extrémité repliée 310 est alors plaquée sur la face de la plateforme 200 qui est du côté de la pale 110.
La portion repliée mesure entre quelques millimètres et quelques centimètres. Elle doit être suffisamment courte pour ne pas toucher la pâle, sinon la mise en place de la pièce amovible 300 est impossible, et suffisamment longue pour maintenir correctement la pièce amovible 300.
On définit à la pièce amovible 300 une portion centrale 330, entre les deux extrémités 310, 320. La portion centrale 330 est en contact, ou quasi-contact, avec la face de la plateforme 200 qui est du côté opposé à la pale 110.
La portion centrale 330 est typiquement une portion de cylindre, c'est-à-dire qu'elle est générée par une pluralité de droites parallèles, selon la direction Y.
On définit aussi à la pièce amovible 300 une partie de connexion 315, respectivement 325, qui relie la portion centrale 330 à la première extrémité repliée 310, respectivement la deuxième extrémité repliée 320. La partie de connexion 315, 325 a une donc une longueur correspondant sensiblement à l'épaisseur de la plateforme 200 au niveau de l'extrémité 310, 320 où la pièce amovible 300 s'attache. Comme l'épaisseur de la plateforme 200 varie le long des extrémités 310, 320, la longueur de la portion de connexion 315, 325 varie similairement.
Le crochet 310, 320 ou plus exactement la portion de connexion 315, 325 bloque le déplacement de la pièce amovible selon la direction Y en étant en butée contre l'épaisseur de la plateforme 200.
La pièce amovible 300 possède une forme sensiblement identique à celle du talon au niveau de ses extrémités, car celles-ci doivent épouser la forme des bords 210, 220. Dès lors que les bords 210 et 220 ne sont pas rectilignes selon la direction X, le fait que la pièce amovible 300 ait des formes similaires permet de bloquer le déplacement en X sur le talon 130.
Ainsi, la pièce amovible 300 est bloquée selon les trois directions X, Y et Z.
En correspondance avec la forme de la plateforme, au niveau de la première extrémité 310, la pièce amovible 300 se termine en saillie et au niveau de la deuxième extrémité 320, opposée à la première extrémité 310, la pièce amovible 300 se termine en retrait. De la même façon que pour les bords 210, 220, on peut définir un V positif au niveau de la première extrémité 310, qui coopère avec le V positif d'un des deux bords 210, 220, et un V négatif au niveau de la deuxième extrémité 320, qui coopère avec le V négatif de l'autre des deux bords 210, 220.
La mise en place de la pièce amovible 300 se fait préférablement par déformation de ladite pièce. Cela évite de devoir recourir à d'autres outils ou à une pièce amovible faite en plusieurs parties.
Dans un mode de réalisation, la déformation se fait de façon élastique. Grâce à la forme allongée de la pièce amovible 300, notamment lorsqu'elle couvre les deux bords 210, 220, elle possède intrinsèquement une souplesse élastique. Cela permet de déformer la pièce 300 pour pouvoir insérer les extrémités repliées 310, 320 sur les bords 210, 220. On parle ainsi de clipsage ou d'encliquetage.
Dans un autre mode de réalisation, la déformation se fait de façon plastique. Un opérateur déforme de façon permanente la pièce amovible 300 pour qu'elle soit maintenue sur le talon 130. Il suffit de la déformer à nouveau pour l'enlever par la suite.
Une fois mise en place, la pièce amovible recouvre une partie du talon 130, comme un cache ou un capot.
La pièce amovible est relativement fine. Son épaisseur peut varier préférablement entre 0,3 mm et 10 mm. Toutefois, on privilégiera une épaisseur faible au niveau de la portion centrale 206 pour ne pas gêner le design et l'assemblage des pales.
Le matériau anti-usure doit se situer, une fois la pièce amovible 300 mise en place sur le talon 130, au niveau des zones de contact entre deux aubes adjacentes. Cela signifie que les portions de connexions 315, 325 comprennent ledit matériau anti-usure.
Plusieurs alternatives sont possibles pour la réalisation de la pièce amovible.
Dans un mode de réalisation, la pièce amovible 300 est réalisée dans le matériau anti-usure lui-même. La pièce amovible 300 est donc monomatière.
Dans un mode de réalisation, la pièce amovible 300 est réalisée dans un matériau adéquat, par exemple choisi pour son élasticité, sur lequel on dépose le matériau anti-usure dans les zones qui seront au niveau des bords 210, 220. La pièce amovible 300 est donc bi-matière, ou davantage, ce qui permet de limiter la quantité de matériau anti-usure à utiliser.
Le matériau anti-usure peut être en alliage spécifique de dureté élevée. Par exemple, le matériau anti-usure peut être un alliage de base cobalt, par exemple un alliage de cobalt, de chrome de tungstène et de carbone, par exemple un tel alliage du type de ceux commercialisés sous la marque "Stellite", présentant de bonnes propriétés anti-usure.
Le talon 130 comprend généralement au moins une léchette 230 s'étendant radialement vers l'extérieur à partir de la plateforme 200. La léchette 230 s'étend entre les deux bords, c'est-à-dire que lorsque l'aube 100 est installée, elle s'étend selon la circonférence de la veine. La léchette 230 a une fonction d'étanchéité. Plus spécifiquement, le talon 130 peut comprendre une léchette amont 230 et une léchette aval 235, l'amont et l'aval étant défini selon le sens d'écoulement du fluide.
Les léchettes amont 230 et aval 235 peuvent être réalisées de telle sorte que, lorsque plusieurs aubes 100 mobiles sont fixées sur un disque de rotor, les léchettes 230 et 235 des aubes sont disposées bord à bord de manière à former un anneau rotatif selon l'axe de rotation des aubes, cet anneau étant contenu sensiblement dans un plan radial, orthogonal à l'axe principal de la turbomachine. Un tel anneau permet de limiter le jeu existant entre les aubes et un stator, ou une virole de stator, qui entoure celles-ci, afin de limiter les éventuelles fuites de gaz à cet endroit.
La plateforme 200 présente une partie centrale 206 s'étendant entre les léchettes amont 230 et aval 235. La partie centrale 206 de la plateforme 200 reçoit alors en partie la portion centrale 330 de la pièce amovible 300.
Dans ce mode de réalisation d'aube, à deux léchettes 230, 235, la pièce amovible s'étend sur la partie centrale 206, entre les deux léchettes 230, 235. En particulier, la partie centrale 320 de la pièce amovible 300 peut épouser la forme en cuvette générée les léchettes 230, 235.
Les dimensions inter-aube sont différentes selon les étages de turbine. Il faut alors prévoir des pièces amovibles avec les dimensions adéquates.
La mise en place de la pièce amovible 300 est relativement peu rapide et peu onéreuse. Il suffit pour un opérateur de la déformer.
Une fois usée, il suffit de la remplacer.

Claims (12)

  1. Revendications
    1. Ensemble comprenant : - une aube mobile (100) pour turbomachine comprenant un talon (130), - une pièce amovible (300) comprenant un matériau anti-usure, configurée pour être fixée de façon amovible au niveau d'un bord du talon (130) pour limiter l'usure du talon (130).
  2. 2. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel le talon (130) comprend une plateforme (200) présentant un premier bord (210) côté intrados (112) de l'aube (100) et un deuxième bord (220) côté extrados (114) de l'aube (100), dans lequel la pièce amovible (300) est configurée pour être fixée sur un des deux bords (210, 220).
  3. 3. Ensemble selon la revendication 2, dans lequel la pièce amovible (300) présente au moins une extrémité repliée (310, 320) en forme de crochet pour prendre en sandwich une portion de la plateforme (200) au niveau dudit bord (210, 220).
  4. 4. Ensemble selon la revendication 2 ou 3 dans lequel la pièce amovible (300), lorsque fixée sur l'aube (100), s'étend du premier bord (210) au deuxième bord (220).
  5. 5. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel la pièce amovible (300) présente deux extrémités repliées en forme de crochet (310, 320) pour prendre en sandwich une portion du premier bord (210) et une portion du deuxième bord (220).
  6. 6. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le talon (130) comprend deux léchettes d'étanchéité (230, 235) s'étendant depuis la plateforme (200) et dans lequel, lorsqu'installée, la pièce amovible (300) est située entre les deux léchettes (230, 235).
  7. 7. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la pièce amovible (300) est réalisée en ledit matériau anti-usure.
  8. 8. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la pièce amovible (300) comprend un revêtement en ledit matériau anti-usure.
  9. 9. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pièce amovible (300) est déformable, afin de permettre sa fixation sur le talon (130) de l'aube (100), préférablement par déformation élastique.
  10. 10. Pièce amovible destinée à être utilisé dans un ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pièce amovible comprend des caractéristiques définies dans l'une quelconque des revendications 3 à 5 et 7 à 9. .
  11. 11. Turbine comprenant une pluralité d'ensembles selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans laquelle, pour deux aubes (100) successivement arrangées, les pièces amovibles (300) respectives sont en contact au niveau du matériau anti-usure.
  12. 12. Procédé de stellitage à l'aide d'un ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant une étape de montage de la pièce amovible (300) sur le talon (130) de l'aube (100) en déformant ladite pièce amovible (300).
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