FR3092132A1 - Procédé de protection contre les chocs de léchettes d'un rotor de turbomachine - Google Patents
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Abstract
L’invention propose un procédé de protection contre les chocs de léchettes (70) d'un rotor (52) de turbomachine (10), en particulier d'aéronef, ledit rotor (52) comportant au moins une virole (66) munie de léchettes (70) annulaires d'étanchéité à labyrinthe recouvertes d'un revêtement fonctionnel (68) et adaptées pour coopérer avec un matériau abradable (72) porté par un carter (54) de ladite turbomachine (10), caractérisé en ce qu'il comporte au moins une étape au cours de laquelle on recouvre ledit revêtement fonctionnel (68) d'un revêtement protecteur provisoire (76) apte à protéger lesdites ledit revêtement fonctionnel (68) et léchettes annulaires (70) contre les chocs et destiné à disparaître lors d'une utilisation dudit rotor (48) dans la turbomachine (10). Figure pour l'abrégé : Figure 1
Description
Domaine technique de l'invention
L'invention concerne un procédé de protection contre les chocs des léchettes d'un rotor de turbomachine.
Arrière-plan technique
Un moteur à turbine à gaz d'aéronef comprend conventionnellement au moins un rotor et un carter entourant ce rotor. Le rotor peut par exemple être un rotor d'un compresseur haute ou basse pression du moteur, ou un rotor de turbine basse haute ou basse pression du moteur. Le rotor est porteur d'aubes qui sont placées dans une veine de gaz de la turbomachine qui est délimitée entre des carters externes et internes du moteur. Le rotor est donc notamment monté tournant par rapport au carter interne du moteur.
A l'intérieur du carter interne, les rotors, généralement conformés sous la forme de disques, délimitent des enceintes internes qui sont soumises à différentes pressions de gaz résultant de fuites issues de la veine de gaz.
L'étanchéité entre ces différentes enceintes est assurée par des systèmes d'étanchéité qui comportent notamment des joints à labyrinthe formés par un matériau abradable porté par le carter interne et par des léchettes annulaires qui font face au matériau abradable et qui sont portées par le rotor.
Les léchettes comportent notamment un corps annulaire qui fait saillie à partir du rotor, qui est réalisé en un métal de base qui est recouvert d'un revêtement fonctionnel permettant de faciliter la pénétration des léchettes dans le matériau abradable du carter sans abimer le métal de base. Les léchettes recouvertes de leur revêtement fonctionnel sont destinées à pénétrer le matériau abradable et à le roder lors des premières utilisations de la turbomachine, tout en assurant un débit de fuite minimum entre ces deux éléments.
L'étanchéité est assurée entre les léchettes annulaires, très fines, qui pénètrent dans le matériau abradable et le matériau abradable. Plus particulièrement, chaque léchette annulaire comporte deux faces annulaires opposées qui sont jointives à la périphérie de la léchette et qui pénètrent dans le matériau abradable.
Le revêtement fonctionnel, qui recouvre les faces annulaires opposées de chaque léchette permet également de calibrer le débit d’air qui passe dans le système d’étanchéité ainsi constitué.
L'étanchéité dépend par conséquent de la qualité des surfaces annulaires opposées des léchettes annulaires et du bon état de leur revêtement fonctionnel.
Lors de la manutention des rotors, intervenant lors de l'assemblage de la turbomachine ou de son réassemblage après intervention, il peut survenir que les rotors soient soumis à des chocs qui provoquent l'apparition de zones écaillées sur le revêtement fonctionnel des léchettes annulaires, ou même des déformations ou des cassures localisées du métal de base des léchettes. Ces zones écaillées compromettent l'étanchéité des joints à labyrinthe en permettant le passage des gaz entre le carter interne et le rotor à travers les défauts du revêtement ou à travers les cassures ou les déformations des léchettes.
Il existe donc un besoin pour un procédé permettant de protéger au maximum le revêtement fonctionnel des léchettes du rotor, sinon le métal de base des léchettes, avant leur montage dans la turbomachine.
A l'heure actuelle, les seuls traitements connus des léchettes sont des traitements thermiques des léchettes qui sont destinés à réaliser le revêtement fonctionnel recouvrant le métal de base des léchettes, de manière à en améliorer la tenue en fonctionnement, comme cela est décrit dans les documents FR-2.829.524-A1 et FR-2.893.358-A1. Toutefois ces traitements n'assurent aucune protection contre les chocs et sont eux-mêmes vulnérables.
Afin de protéger les léchettes des chocs pouvant survenir lors de la manutention du rotor, l'invention propose un procédé de protection contre les chocs de léchettes d'un rotor de turbomachine, permettant de déposer un revêtement protecteur provisoire sur les léchettes.
Plus particulièrement, l'invention propose un procédé de protection contre les chocs de léchettes d'un rotor de turbomachine, en particulier d'aéronef, ledit rotor comportant au moins une virole munie de léchettes annulaires d'étanchéité à labyrinthe recouvertes d'un revêtement fonctionnel et adaptées pour coopérer avec un matériau abradable porté par un carter de ladite turbomachine, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une étape au cours de laquelle on recouvre le revêtement fonctionnel desdites léchettes annulaires d'un revêtement protecteur supplémentaire provisoire qui est apte à protéger ledit revêtement fonctionnel et lesdites léchettes annulaires contre les chocs et qui est destiné à disparaître lors d'une utilisation dudit rotor dans la turbomachine.
Selon d'autres caractéristiques du procédé :
- au cours de ladite étape, on recouvre les léchettes d'un revêtement protecteur supplémentaire provisoire comportant au moins une couche d'un matériau de type plastique, cire, peinture, ou silicone vulcanisant à température ambiante,
- au cours de ladite étape, ladite au moins une couche du matériau est déposée selon une épaisseur de revêtement supplémentaire provisoire comprise entre 0.5 et 1.5 mm,
- ladite étape intervient après une fabrication dudit rotor ou immédiatement avant une manutention du rotor.
L'invention concerne aussi un rotor de turbomachine, en particulier d'aéronef, comportant au moins une virole munie de léchettes annulaires d'étanchéité adaptées pour coopérer avec un matériau abradable porté par un carter de ladite turbomachine, caractérisé en ce qu'il est protégé par le procédé précédemment décrit et en ce qu'il comporte un revêtement supplémentaire protecteur provisoire.
Selon d'autres caractéristiques du rotor :
- le revêtement protecteur provisoire comporte au moins un matériau de type plastique, cire, peinture, ou silicone vulcanisant à température ambiante, applicable en couche,
- ledit au moins un matériau est en phase solide à température ambiante et d'une dureté qui est inférieure à une dureté du matériau abradable du carter et à une dureté du revêtement fonctionnel,
- ledit au moins un matériau est configuré pour être fusible ou désintégrable par abrasion contre le matériau abradable du carte et/ou dès lors qu'il est soumis à une température supérieure à 200°C,
- le matériau est configuré pour que des résidus de fusion ou de désintégration dudit matériau ne contaminent pas d'éléments fonctionnels de la turbomachine.
L'invention concerne enfin une turbomachine, en particulier d'aéronef, comportant au moins un rotor du type décrit précédemment.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
Description détaillée de l'invention
Dans la suite de la description, des éléments présentant une structure identique ou des fonctions analogues seront désignés par des mêmes références.
Dans la suite de la description, on adoptera de manière non limitative – et sans référence à la gravité terrestre - des orientations longitudinale, verticale et transversale indiquées par le trièdre "L,V,T" des figures.
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, la veine d'écoulement 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 de longitudinal ou radial précédemment évoquées sont relatives à cet axe A.
Le moteur à turbine à gaz 14 comporte un carter annulaire externe 32. Un carter interveines 34 de la turbomachine circonscrit sensiblement le moteur à turbine à gaz 14 et entoure son carter annulaire externe 32. Le carter interveines 34 est lui-même entouré par un carter annulaire 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.
Le moteur à turbine à gaz comporte par ailleurs des carters internes par rapport auxquels sont montés tournants, et avec étanchéité, les rotors du moteur à turbine à gaz 14. Par exemple, un rotor de turbine basse pression 48 est monté tournant par rapport à un carter interne 50 du moteur à turbine à gaz 14 et un rotor 52 de turbine haute pression est monté tournant par rapport à un autre carter interne 54.
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 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 secondaire 38 et il est mélangé aux gaz de combustion sortant de la tuyère 26 pour fournir une poussée à l'aéronef.
La turbomachine 10 comporte dans la veine secondaire 38, en aval de la soufflante 12, un étage 44 d'aubes directrices de sortie 46 ou "Outlet Guide Vanes" OGV, qui permettent de redresser le flux d'air S.
La figure 2 représente un détail du moteur à turbine à gaz 14 de la figure 1 au niveau de la turbine basse pression 24. Comme l'illustre cette figure, la turbine basse pression 24 comporte par exemple le rotor 48 de turbine basse pression qui est, comme on l'a vu, monté tournant par rapport au carter interne 50.
Des systèmes d'étanchéité à labyrinthe sont agencés à l'intérieur du moteur à turbine à gaz, Par exemple un système d'étanchéité à labyrinthe 62 est agencé entre le rotor 48 de turbine basse pression BP et le carter interne 50.
Un système d'étanchéité similaire 60, mais agencé cette fois-ci entre un rotor 52 de turbine haute pression et un carter interne 54, a été représenté la figure 4. Le rotor 52 de turbine haute pression comporte une virole 66 munie de léchettes annulaires 70 qui sont adaptées pour coopérer avec un matériau abradable 72 porté par le carter correspondant 54 de la turbomachine. Chaque léchette 70 comporte un métal de base 64 qui est recouvert d'un revêtement fonctionnel 68 qui permet de faciliter la pénétration des léchettes 70 dans le matériau abradable 72 du carter 54 sans abimer le métal de base 64.
Comme on peut le voir à la figure 3, les léchettes annulaires 70 font saillie à partir d'une surface 53 du rotor 52. Elles sont donc particulièrement exposées aux chocs lors de la manutention du rotor 52 en atelier, opération qui peut survenir lors de l'assemblage de la turbomachine ou lors de son démontage. Un choc survenant sur une léchette 70 peut provoquer une déformation ou une cassure du métal de base 64 de celle-ci ou simplement un écaillage 74 du revêtement 68 de celle-ci, laissant apparaître le métal de base 64. L'écaillage 74 constitue une brèche par laquelle les gaz peuvent s'infiltrer au travers du système d'étanchéité 62, causant ainsi une perte d'efficacité de celui-ci.
Pour éviter ce risque, l'invention propose un procédé de protection contre les chocs des léchettes 70.
Conformément à l'invention, le procédé selon l'invention comporte au moins une étape au cours de laquelle, comme l'illustrent les figures 5 et 6, on recouvre le revêtement fonctionnel 68 des léchettes annulaires 70 d'un revêtement protecteur supplémentaire provisoire 76 apte à protéger lesdites léchettes annulaires 70 contre les chocs et destiné à disparaître lors d'une utilisation du rotor 52 dans la turbomachine.
Par provisoire, comme on le verra dans la suite de la présente description, on comprendra que le revêtement 76 est destiné à disparaître lors de l'utilisation de la turbomachine.
Il sera donc compris que la caractéristique principale du revêtement protecteur 76 est de présenter des propriétés mécaniques aptes à favoriser la résistance aux chocs du revêtement fonctionnel 68 et des léchettes 70. Il s'agit donc notamment d'agir sur les propriétés de dureté, le revêtement 76 formant une couche qui est apte à recevoir les chocs en lieu et place du revêtement fonctionnel 68 léchettes 70. Il peut également, en variante ou en combinaison, s'agir de propriétés élastiques permettant l'absorption de ces chocs et la dispersion de l'énergie cinétique des chocs dans le matériau du revêtement 76.
Le revêtement 76 pourrait être réalisé sous la forme d'une coque rigide rapportée sur les léchettes 70. Toutefois, dans le mode de réalisation préféré de l'invention, au cours de l'étape de recouvrement du procédé, on recouvre les léchettes 70 d'un revêtement 76 comportant au moins une couche 78 d'un matériau de type plastique, cire, peinture, ou silicone vulcanisant à température ambiante. Le matériau est appliqué en couche sous forme liquide ou pâteuse et vulcanise rapidement.
Dans le plus simple mode de réalisation de l'invention, comme représenté à la figure 5, cette couche 78 est unique. Il sera compris que cette disposition n'est pas limitative de l'invention, et que le revêtement 76 peut comporter plusieurs couches, par exemple deux couches 78 et 80 différentes ayant par exemple des propriétés mécaniques différentes. Par exemple, il est possible de combiner une couche externe 80, ayant des caractéristiques de dureté élevée et une couche interne 78 ayant des caractéristiques élastiques.
De préférence, l'au moins une couche du matériau est déposée selon une épaisseur totale du revêtement 76 qui est comprise entre 0.5 et 1.5 mm.
Par ailleurs, afin de limiter les risques d'écaillage des léchettes 70 avant l'application du revêtement 76, l'étape de recouvrement intervient après une fabrication du rotor 52 ou immédiatement avant une manutention du rotor 52. Cette configuration permet de protéger au maximum les léchettes 70.
L'invention permet ainsi de proposer un rotor 52 comportant au moins une virole 66 munie de léchettes annulaires d'étanchéité 70 adaptées pour coopérer avec un matériau abradable 72 porté par un carter 54 de ladite turbomachine, ces léchettes 70 ayant été protégées par le procédé susmentionné pour recevoir un revêtement protecteur provisoire 76. En particulier, un tel rotor est particulièrement avantageux lorsqu'il est fourni à titre de rotor 52 neuf sorti d'usine. La protection conférée par le revêtement 76 permet d'en assurer le transport à moindre risque.
Bien entendu, il sera compris que l'invention n'est pas limitée au rotor 52 de turbine haute pression mais peut trouver à s'appliquer à tout type de rotor.
Comme on l'a vu, une caractéristique principale du matériau du revêtement 76 est de permettre la réception des chocs que les léchettes 70 recevraient en l'absence de matériau. A cet effet, au moins un matériau du revêtement 76 est en phase solide à température ambiante.
Une autre caractéristique essentielle de l'invention est que le revêtement 76 est provisoire. A cet effet le matériau est d'une dureté qui est inférieure à une dureté du matériau abradable et à une dureté du revêtement fonctionnel 68, de manière à pouvoir être éliminé lors du rodage de la turbomachine.
Plus particulièrement, l'au moins un matériau du revêtement est configuré pour être fusible ou désintégrable lors du rodage de la turbomachine, que ce soit par abrasion contre le matériau abradable 72 du carter 60, ou qu'il soit désintégrable dès lors qu'il est soumis à une température supérieure à un seuil de température déterminé, par exemple un seuil de 200°C.
Cette température est généralement atteinte par la plupart des organes rotatifs d'une turbomachine en fonctionnement. Ainsi, par exemple, la température des derniers étages de compression d'un compresseur haute pression en régime de fonctionnement est de l'ordre de 300°C en régime de fonctionnement et celle d'un rotor de turbine est comprise entre 250 et 450 °C au niveau d'un rotor de turbine.
Le matériau du revêtement 76 peut donc être très facilement éliminé des léchettes 70 par une simple utilisation du rotor 52 en fonctionnement une fois que celui-ci a été monté dans la turbomachine 10. Il importe à cet effet que le matériau du revêtement 76 puisse être non seulement éliminé, mais en outre que cette élimination n'endommage pas la turbomachine.
A cet effet, il sera compris que le matériau du revêtement 76 est configuré pour que des résidus de fusion ou de désintégration dudit matériau ne contaminent pas d'éléments fonctionnels de la turbomachine. Par exemple, dans le cas d'une cire, celle-ci sera de préférence vaporisée.
L'invention permet donc de proposer une turbomachine comportant un rotor 52 dont les léchettes sont protégées des chocs par un revêtement 76 provisoire.
Claims (10)
- Procédé de protection contre les chocs des léchettes (70) d'un rotor (52) de turbomachine (10), en particulier d'aéronef, ledit rotor comportant au moins une virole (66) munie de léchettes (70) annulaires d'étanchéité à labyrinthe recouvertes d'un revêtement fonctionnel (68) et adaptées pour coopérer avec un matériau abradable (72) porté par un carter (54) de ladite turbomachine (10), caractérisé en ce qu'il comporte au moins une étape au cours de laquelle on recouvre le revêtement fonctionnel (68) desdites léchettes annulaires (70) d'un revêtement protecteur supplémentaire provisoire (76) qui est apte à protéger ledit revêtement fonctionnel (68) et lesdites léchettes annulaires (70) contre les chocs et qui est destiné à disparaître lors d'une utilisation dudit rotor (48) dans la turbomachine (10).
- Procédé de protection selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, au cours de ladite étape, on recouvre les léchettes (70) d'un revêtement protecteur supplémentaire provisoire (76) comportant au moins une couche (78, 80) d'un matériau de type plastique, cire, peinture, ou silicone vulcanisant à température ambiante.
- Procédé de protection selon la revendication 2, caractérisé en ce, au cours de ladite étape, ladite au moins une couche (78, 80) du matériau est déposée selon une épaisseur de revêtement supplémentaire provisoire (76) comprise entre 0.5 et 1.5 mm.
- Procédé de protection selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite étape intervient après une fabrication dudit rotor (52) ou immédiatement avant une manutention du rotor (52).
- Rotor (52) de turbomachine, en particulier d'aéronef, comportant au moins une virole (66) munie de léchettes (70) annulaires d'étanchéité adaptées pour coopérer avec un matériau (72) abradable porté par un carter (54) de ladite turbomachine, caractérisé en ce qu'il est protégé par un procédé selon l'une des revendications 1 à 4 et en ce qu'il comporte un revêtement (76) supplémentaire protecteur provisoire.
- Rotor (52) selon la revendication 5, caractérisé en ce que le revêtement protecteur provisoire (76) comporte au moins un matériau de type plastique, cire, peinture, ou silicone vulcanisant à température ambiante, applicable en couche (78, 80).
- Rotor (52) selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit au moins un matériau est en phase solide à température ambiante et d'une dureté qui est inférieure à une dureté du matériau abradable (72) du carter (54) et à une dureté du revêtement fonctionnel (68).
- Rotor (52) selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que ledit au moins un matériau est configuré pour être fusible ou désintégrable par abrasion contre le matériau abradable (72) du carter (50) et/ou dès lors qu'il est soumis à une température supérieure à 200°C.
- Rotor (52) selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le matériau est configuré pour que des résidus de fusion ou de désintégration dudit matériau ne contaminent pas d'éléments fonctionnels de la turbomachine (10).
- Turbomachine (10), en particulier d'aéronef, comportant au moins un rotor (52) selon l'une des revendications 5 à 9.
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