FR3098743A1 - MANUFACTURING PROCESS OF A STATORIC STRUCTURE WITH ABRADABLE INSTRUMENT - Google Patents

MANUFACTURING PROCESS OF A STATORIC STRUCTURE WITH ABRADABLE INSTRUMENT Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d’une structure statorique de turbomachine, le procédé comprenant les étapes de : a) fourniture d’une pièce statorique délimitée par une surface proximale destinée à s’étendre en vis-à-vis d’une pièce rotorique de turbomachine, cette pièce statorique comprenant un logement qui débouche sur la surface proximale ; b) fixation sur la pièce statorique, au sein du logement, d’au moins un instrument de mesure ; et c) remplissage du logement par dépôt et agglomération d’une poudre pour former un bloc de matériau abradable. L'invention concerne également une turbomachine incluant : - un ensemble comprenant une pièce rotorique et une structure statorique qui inclut une pièce statorique délimitée par une surface proximale s’étendant en vis-à-vis de la pièce rotorique, cette pièce statorique étant pourvu d’un logement débouchant sur la surface proximale, la structure statorique comprenant au moins un instrument de mesure disposé dans le logement en étant fixé sur la pièce statorique, et un bloc de matériau abradable remplissant le logement en emprisonnant ledit au moins un instrument de mesure, ce bloc de matériau abradable étant constitué d’une agglomération de poudre ; et - un calculateur configuré pour recevoir et traiter des données d’acquisition dudit au moins un instrument de mesure.The invention relates to a method of manufacturing a stator structure for a turbomachine, the method comprising the steps of: a) providing a stator part delimited by a proximal surface intended to extend opposite a rotor part of a turbomachine, this stator part comprising a housing which opens onto the proximal surface; b) fixing on the stator part, within the housing, at least one measuring instrument; and c) filling the housing by depositing and agglomerating a powder to form a block of abradable material. The invention also relates to a turbomachine including: an assembly comprising a rotor part and a stator structure which includes a stator part delimited by a proximal surface extending vis-à-vis the rotor part, this stator part being provided with 'a housing opening onto the proximal surface, the stator structure comprising at least one measuring instrument arranged in the housing by being fixed to the stator part, and a block of abradable material filling the housing by trapping said at least one measuring instrument, this block of abradable material consisting of an agglomeration of powder; and - a computer configured to receive and process acquisition data from said at least one measuring instrument.

Description

PROCEDE DE FABRICATION D’UNE STRUCTURE STATORIQUE A ABRADABLE INSTRUMENTEMETHOD FOR MANUFACTURING AN INSTRUMENTED ABRADABLE STATOR STRUCTURE

La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d’une structure statorique de turbomachine comprenant un bloc de matériau abradable, ce type de matériau étant utilisé en qualité de joint d'étanchéité en regard d’une pièce rotorique. De plus, l’invention concerne une turbomachine comprenant une telle structure statorique.The present invention relates to a method for manufacturing a turbomachine stator structure comprising a block of abradable material, this type of material being used as a seal facing a rotor part. Furthermore, the invention relates to a turbomachine comprising such a stator structure.

Afin de répondre aux besoins accrus en performances des turbomachines, les motoristes tendent à limiter les pertes par fuites, ces fuites désignant des fractions de flux empruntant des passages étroits, entre pièces tournantes, dites rotoriques, et pièces fixes ou statoriques en vis-à-vis. Ces pertes altèrent les échanges énergétiques avec le flux circulant, à savoir minimisent les taux de compression à travers les compresseurs et le travail mécanique utile dans les turbines. Concrètement, ces pertes limitent la poussée générée par la turbomachine tout en augmentant sa consommation de carburant par kilogramme transporté. Notamment, au sein des compresseurs de turbomachine, des fuites significatives provoquent une instabilité en pression, pouvant dans le cas le plus critique conduire à un arrêt de la turbomachine par inversion du sens conventionnel du flux, appelé phénomène de « pompage ».In order to meet the increased performance needs of turbomachines, engine manufacturers tend to limit losses by leaks, these leaks designating fractions of flow passing through narrow passages, between rotating parts, called rotor parts, and fixed or stator parts facing each other. screw. These losses alter the energy exchanges with the circulating flow, ie minimize the compression ratios through the compressors and the useful mechanical work in the turbines. Concretely, these losses limit the thrust generated by the turbomachine while increasing its fuel consumption per kilogram transported. In particular, within turbomachine compressors, significant leaks cause pressure instability, which can in the most critical case lead to a shutdown of the turbomachine by reversal of the conventional direction of the flow, called the "pumping" phenomenon.

Cette problématique de réduction des pertes par fuites est complexe du fait que la turbomachine est le siège de variations importantes de températures du flux suivant les régimes de fonctionnement, ce qui conduit à une variation dimensionnelle par dilatation des pièces rotoriques et statoriques. La dilation étant fonction de la température, du coefficient de dilatation intrinsèque aux matériaux utilisés, et des dimensions initiales des composants, le jeu mesuré entre les pièces statoriques et rotoriques associées n’est généralement pas athermal, autrement dit n’est pas constant dans tout le domaine de températures sous l’effet d’une dilatation différentielle rotor/stator. Il s’ensuit qu’un jeu initialement optimisé pour réduire les fuites à un niveau admissible pour une température donnée, peut se réduire au point de devenir nul et générer des frottements, voire même négatif en aboutissant au blocage du rotor, de l’anglais « rotor-lock ». En particulier, dans le cas d’une pièce rotorique aubagée, l’élongation élastique des aubes, sous l’action des forces centrifuges auxquelles elles sont soumises à hautes vitesses de rotation, exacerbe cette problématique d’interaction avec le stator.This problem of reducing losses by leaks is complex because the turbomachine is the seat of significant variations in flow temperatures depending on the operating regimes, which leads to a dimensional variation by expansion of the rotor and stator parts. The expansion being a function of the temperature, of the coefficient of expansion intrinsic to the materials used, and of the initial dimensions of the components, the clearance measured between the associated stator and rotor parts is generally not athermal, in other words is not constant in all the temperature range under the effect of differential rotor/stator expansion. It follows that a clearance initially optimized to reduce leakage to an acceptable level for a given temperature, can be reduced to the point of becoming zero and generating friction, or even negative, resulting in the blocking of the rotor, from English “rotor lock”. In particular, in the case of a bladed rotor part, the elastic elongation of the blades, under the action of the centrifugal forces to which they are subjected at high rotational speeds, exacerbates this problem of interaction with the stator.

Pour satisfaire cette double condition, à savoir minimiser les jeux de fonctionnement rotor/stator sans pour autant conduire à un effet destructeur, les motoristes adoptent majoritairement l’utilisation de joints d’étanchéité dynamique dits « sans contact ». Dans le cas d’un couple rotor/stator formé d’une roue aubagée entourée d’un carter fixe, ce joint prend la forme d’un revêtement tendre placé sur le carter et au droit des aubes. Formé d’un matériau abradable, c’est-à-dire à capacité de dislocation, ce revêtement est un consommable sacrificiel destiné à être creusé par les extrémités d’aubes sans les endommager, tout en formant une interface qui protège le carter des frottements et/ou des impacts avec ces aubes.To satisfy this dual condition, namely to minimize the rotor/stator operating clearances without leading to a destructive effect, motorists mainly adopt the use of so-called “contactless” dynamic seals. In the case of a rotor/stator pair formed by a bladed wheel surrounded by a fixed casing, this seal takes the form of a soft coating placed on the casing and in line with the blades. Formed of an abradable material, that is to say with dislocation capacity, this coating is a sacrificial consumable intended to be hollowed out by the ends of the blades without damaging them, while forming an interface which protects the casing from friction. and/or impacts with these blades.

Idéalement, les aubes agissent comme des outils de coupe qui usinent le revêtement jusqu’à stabilisation d’un jeu optimal dès les premiers tours de rodage du rotor sous différents régimes de fonctionnement, laissant une surface lisse de revêtement assurant de bonnes performances aérodynamiques.Ideally, the blades act as cutting tools that machine the coating until optimal clearance is stabilized from the first turns of the rotor break-in under different operating regimes, leaving a smooth coating surface ensuring good aerodynamic performance.

Néanmoins, il arrive que certains aléas de fonctionnement de la turbomachine conduisent à des interactions indésirables aubes/revêtement dues à des variations transitoires de géométrie. Parmi les différents évènements identifiés, se distinguent notamment le balourd du rotor induit par certaines manœuvres de pilotage ou des turbulences en vol, l’aspiration de corps étrangers, l’ovalisation du carter par variation rapide et importante de l’altitude de l’avion, ou encore le phénomène de résonnance rotor/stator. La multiplication de ces interactions crée une usure excessive du revêtement, ce qui conduit à la perte de la maitrise de l’étanchéité par amplification des jeux de fonctionnement et, par voie de conséquence, à une baisse du rendement instantané de la turbomachine.Nevertheless, it happens that certain operating hazards of the turbomachine lead to undesirable blade/coating interactions due to transient variations in geometry. Among the various events identified, stand out in particular the imbalance of the rotor induced by certain piloting maneuvers or turbulence in flight, the aspiration of foreign bodies, the ovalization of the casing by rapid and significant variation in the altitude of the aircraft , or the rotor/stator resonance phenomenon. The multiplication of these interactions creates excessive wear of the coating, which leads to the loss of control of the tightness by amplification of the operating clearances and, consequently, to a drop in the instantaneous efficiency of the turbomachine.

Aussi, les performances mécaniques et physico-chimiques du revêtement sont susceptibles d’être altérées par frottements et échauffements répétés : le dit revêtement devient plus sensible aux mécanismes d’usures par érosion et corrosion conduisant rapidement à la ruine, et perd en degré d’abradabilité, c’est à dire se densifie, au point d’endommager les aubes.Also, the mechanical and physico-chemical performances of the coating are likely to be altered by friction and repeated heating: the said coating becomes more sensitive to the mechanisms of wear by erosion and corrosion leading quickly to ruin, and loses in degree of abradability, ie becomes denser, to the point of damaging the blades.

Sachant que les conditions de fonctionnement diffèrent d’une turbomachine à l’autre, il en est de même en ce qui concerne l’occurrence de ces phénomènes d’interaction. Il s’ensuit que la durée de vie moyenne estimée du revêtement est assujettie à de fortes dispersions. Cette situation conduit à multiplier les opérations de maintenance visant à contrôler l’usure et la santé matière du revêtement et des aubes. Ces opérations de maintenances sont longues et entraînent systématiquement une dépose de la turbomachine, à savoir des surcoûts d’immobilisation de l’aéronef qui est en équipé.Knowing that the operating conditions differ from one turbomachine to another, the same applies to the occurrence of these interaction phenomena. It follows that the estimated average lifetime of the coating is subject to large variations. This situation leads to a multiplication of maintenance operations aimed at checking the wear and material health of the coating and the blades. These maintenance operations are long and systematically lead to the removal of the turbine engine, i.e. additional costs of immobilization of the aircraft which is equipped with it.

Le but de l’invention est d’apporter une solution permettant de remédier à cet inconvénient.The object of the invention is to provide a solution making it possible to remedy this drawback.

À cet effet, l’invention a pour objet un procédé de fabrication d’une structure statorique de turbomachine, le procédé comprenant les étapes de :
a) fourniture d’une pièce statorique délimitée par une surface proximale destinée à s’étendre en vis-à-vis d’une pièce rotorique de turbomachine, cette pièce statorique comprenant un logement qui débouche sur la surface proximale ;
b) fixation sur la pièce statorique, au sein du logement, d’au moins un instrument de mesure ; et
c) remplissage du logement par dépôt et agglomération d’une poudre pour former un bloc de matériau abradable.
To this end, the subject of the invention is a method for manufacturing a turbomachine stator structure, the method comprising the steps of:
a) supply of a stator part delimited by a proximal surface intended to extend opposite a turbomachine rotor part, this stator part comprising a housing which opens onto the proximal surface;
b) fixing on the stator part, within the housing, of at least one measuring instrument; And
c) filling the housing by deposition and agglomeration of a powder to form a block of abradable material.

Avec cette solution, l’instrument de mesure est apte à recueillir des données in situ permettant de contrôler fidèlement la santé matière du matériau abradable. La durée de vie du bloc de matériau abradable peut être évaluée en temps réel et les étapes de maintenance peuvent être réduites au juste besoin.With this solution, the measuring instrument is able to collect in situ data allowing faithful control of the material health of the abradable material. The lifespan of the block of abradable material can be assessed in real time and maintenance steps can be reduced as needed.

L’invention concerne également le procédé ainsi défini, dans lequel l’étape b) comprend un collage ou un assemblage mécano-soudé de l’instrument de mesure ou de chaque instrument de mesure à la pièce statorique.The invention also relates to the method thus defined, in which step b) comprises gluing or a mechanically welded assembly of the measuring instrument or of each measuring instrument to the stator part.

L’invention concerne également le procédé ainsi défini, dans lequel dans lequel le logement de la pièce statorique fournie à l’étape a) est borgne, et l’instrument de mesure ou chaque instrument de mesure est utilisable sans fil.The invention also relates to the method thus defined, in which in which the housing of the stator part provided in step a) is blind, and the measuring instrument or each measuring instrument can be used wirelessly.

L’invention concerne également le procédé ainsi défini, dans lequel l’instrument de mesure ou au moins un des instruments de mesure est câblé, et le logement de la pièce statorique fournie à l’étape a) comprend un conduit qui guide le câble de l’instrument de mesure ou dudit au moins un des instruments de mesure à l’extérieur de la pièce statorique.The invention also relates to the method thus defined, in which the measuring instrument or at least one of the measuring instruments is wired, and the housing of the stator part provided in step a) comprises a conduit which guides the cable from the measuring instrument or said at least one of the measuring instruments outside the stator part.

L’invention concerne également le procédé ainsi défini, dans lequel l’étape c) comprend un remplissage sous vide du logement avec la poudre, puis une agglomération de la poudre par frittage.The invention also relates to the method thus defined, in which step c) comprises vacuum filling of the housing with the powder, then agglomeration of the powder by sintering.

L’invention concerne également le procédé ainsi défini, dans lequel l’étape c) est mise en œuvre par fabrication additive. A cet égard, l’invention prévoit avantageusement de recourir à la technique de la fusion laser par projection de poudre, ou la technique de projection à froid à vitesse supersonique.The invention also relates to the method thus defined, in which step c) is implemented by additive manufacturing. In this respect, the invention advantageously provides for using the technique of laser fusion by powder spraying, or the technique of cold spraying at supersonic speed.

L’invention concerne également un ensemble de turbomachine comprenant une pièce rotorique et une structure statorique qui inclut une pièce statorique délimitée par une surface proximale s’étendant en vis-à-vis de la pièce rotorique, cette pièce statorique étant pourvu d’un logement débouchant sur la surface proximale,The invention also relates to a turbomachine assembly comprising a rotor part and a stator structure which includes a stator part delimited by a proximal surface extending opposite the rotor part, this stator part being provided with a housing leading to the proximal surface,

la structure statorique comprenant au moins un instrument de mesure disposé dans le logement en étant fixé sur la pièce statorique, et un bloc de matériau abradable remplissant le logement en emprisonnant ledit au moins un instrument de mesure, ce bloc de matériau abradable étant constitué d’une agglomération de poudre.the stator structure comprising at least one measuring instrument arranged in the housing while being fixed to the stator part, and a block of abradable material filling the housing by trapping said at least one measuring instrument, this block of abradable material being made up of an agglomeration of powder.

L’invention concerne également une turbomachine d’aéronef comprenant un ensemble ainsi défini, et un calculateur configuré pour recevoir et traiter des données d’acquisition dudit au moins un instrument de mesure.The invention also relates to an aircraft turbine engine comprising an assembly thus defined, and a computer configured to receive and process acquisition data from said at least one measuring instrument.

L’invention concerne également une turbomachine d’aéronef ainsi définie, comprenant un ordinateur de bord configuré pour réguler automatiquement le fonctionnement de la turbomachine en fonction d’un résultat de traitement des données d’acquisition dudit au moins un instrument de mesure par le calculateur.The invention also relates to an aircraft turbine engine thus defined, comprising an on-board computer configured to automatically regulate the operation of the turbine engine as a function of a result of processing the acquisition data of said at least one measuring instrument by the computer .

Avec cette solution, la turbomachine assure une fonction de contrôle et de régulation de son fonctionnement selon les données d’acquisition dudit au moins un instrument de mesure.With this solution, the turbomachine performs a function of controlling and regulating its operation according to the acquisition data of said at least one measuring instrument.

L’invention concerne également une turbomachine ainsi définie, dans laquelle la pièce statorique est un carter de turbine ou de compresseur, et la pièce rotorique est une aube rotative.The invention also relates to a turbomachine thus defined, in which the stator part is a turbine or compressor casing, and the rotor part is a rotating blade.

est un schéma en coupe axiale d’une turbomachine à fonction de contrôle et régulation de son fonctionnement selon des données d’acquisition d’instruments de mesure emprisonnés dans un bloc de matériau abradable de structure statorique ; is a diagram in axial section of a turbomachine with a function of controlling and regulating its operation according to acquisition data from measuring instruments trapped in a block of abradable material with a stator structure;

est une vue schématique en coupe axiale d’une turbine ou un compresseur de la turbomachine de la figure 1 ; is a schematic view in axial section of a turbine or a compressor of the turbomachine of FIG. 1;

représente une vue en coupe d’une pièce statorique, suivant un plan passant par l’axe de rotation d’une pièce rotorique en vis-à-vis, incluant un logement prévu pour contenir un bloc de matériau abradable instrumenté conformément au procédé selon l’invention ; shows a sectional view of a stator part, along a plane passing through the axis of rotation of a facing rotor part, including a housing provided to contain a block of abradable material instrumented in accordance with the method according to invention;

illustre une étape d’installation d’instruments de mesure dans le logement de la figure 3 conformément au procédé selon l’invention ; illustrates a step for installing measuring instruments in the housing of FIG. 3 in accordance with the method according to the invention;

illustre une étape de remplissage du logement de la figure 4 équipé d’instruments de mesure avec de la poudre prévue pour constituer le bloc de matériau abradable conformément au procédé selon l’invention ; illustrates a step of filling the housing of FIG. 4 equipped with measuring instruments with powder provided to constitute the block of abradable material in accordance with the method according to the invention;

illustre une étape de compression isostatique de la poudre remplissant le logement de la figure 5A pour constituer le bloc de matériau abradable conformément au procédé selon l’invention ; illustrates a step of isostatic compression of the powder filling the housing of FIG. 5A to form the block of abradable material in accordance with the method according to the invention;

illustre une étape de formation du bloc de matériau abradable par fabrication additive au sein du logement de la figure 4 équipé d’instruments de mesure conformément au procédé selon l’invention. illustrates a step of forming the block of abradable material by additive manufacturing within the housing of FIG. 4 equipped with measuring instruments in accordance with the method according to the invention.

EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERSDETAILED EXPLANATION OF PARTICULAR EMBODIMENTS

TurbomachineTurbomachinery

En référence à la figure 1, il est représenté une turbomachine 1 d’aéronef, selon un mode de réalisation préféré de l’invention. Il s’agit ici d’un turboréacteur à double flux et à double corps. Néanmoins, il pourrait s’agir d’une turbomachine d’un autre type, par exemple un turbopropulseur ou un turbomoteur, sans sortir du cadre de l’invention.Referring to Figure 1, there is shown an aircraft turbine engine 1, according to a preferred embodiment of the invention. This is a dual-spool turbofan engine. Nevertheless, it could be a turbine engine of another type, for example a turboprop or a turbine engine, without departing from the scope of the invention.

La turbomachine 1 présente un axe central AX autour duquel s’étendent ses différents composants. Dans l’ensemble de cette description, la direction longitudinale est la direction de l’axe AX. La direction radiale, définie par l’axe AY, est en tout point une direction orthogonale à l’axe AX et passant par cet axe, et la direction circonférentielle repérée par AZ est en tout point une direction orthogonale aux directions radiale et longitudinale. Aussi, les termes « amont » AM et « aval » AV sont à considérer selon la direction longitudinale et notamment le sens principal d’écoulement des gaz au sein de la turbomachine, noté S. Enfin, les termes « interne » et « externe » font respectivement référence à une relative proximité, et un relatif éloignement, d’un élément par rapport à l’axe AX suivant la direction radiale.The turbomachine 1 has a central axis AX around which its various components extend. Throughout this description, the longitudinal direction is the direction of the AX axis. The radial direction, defined by the axis AY, is at all points a direction orthogonal to the axis AX and passing through this axis, and the circumferential direction marked by AZ is at all points a direction orthogonal to the radial and longitudinal directions. Also, the terms “upstream” AM and “downstream” AV are to be considered according to the longitudinal direction and in particular the main direction of gas flow within the turbomachine, denoted S. Finally, the terms “internal” and “external” refer respectively to a relative proximity, and a relative remoteness, of an element with respect to the axis AX in the radial direction.

La turbomachine comporte de façon classique un générateur de gaz 2. Ce générateur de gaz 2 comprend une chambre de combustion 3 de part et d’autre de laquelle sont agencés des compresseurs basse pression 4 et haute pression 6 en amont AM, et des turbines haute pression 7 et basse pression 8 en aval AV suivant l’axe AX.The turbomachine conventionally comprises a gas generator 2. This gas generator 2 comprises a combustion chamber 3 on either side of which are arranged low-pressure 4 and high-pressure 6 compressors upstream AM, and high-pressure turbines pressure 7 and low pressure 8 downstream AV along the axis AX.

Elle comprend en amont du générateur de gaz 2, une soufflante 9 qui comporte une série de pales de soufflante 10 de grandes dimensions, espacées circonférentiellement et s’étendant suivant la direction radiale. La soufflante 9 est entourée radialement par un carter fixe de soufflante 11 centré sur l’axe AX. A proximité aval de la soufflante 9, la turbomachine définit une veine primaire 12 et une veine secondaire 13 entre lesquelles s’étend un compartiment moteur 14, appelé communément compartiment « core ». La veine secondaire 13 entoure radialement la veine primaire 12 en étant également délimitée extérieurement en partie par une virole 16 prolongeant vers l’aval le carter de soufflante 11. L’air propulsé par la soufflante est ainsi divisé en un flux primaire Fp qui traverse la veine primaire 12 pour alimenter le générateur de gaz 2, et un flux secondaire Fs qui est éjecté directement vers l’aval en cheminant dans la veine secondaire 13.It comprises, upstream of the gas generator 2, a fan 9 which comprises a series of fan blades 10 of large dimensions, spaced apart circumferentially and extending in the radial direction. The fan 9 is surrounded radially by a fixed fan casing 11 centered on the axis AX. Close downstream of the fan 9, the turbomachine defines a primary stream 12 and a secondary stream 13 between which extends an engine compartment 14, commonly called the “core” compartment. The secondary stream 13 radially surrounds the primary stream 12 while also being delimited on the outside in part by a shroud 16 extending the fan casing 11 downstream. The air propelled by the fan is thus divided into a primary flow Fp which crosses the primary vein 12 to supply the gas generator 2, and a secondary flow Fs which is ejected directly downstream by traveling in the secondary vein 13.

En référence à la figure 2, qui illustre de manière générique l’architecture des compresseurs 4, 6 et turbines 7, 8, les étapes de compression et de détente sont assurées par la coopération d’un rotor, incluant un arbre rotatif centré sur l’axe AX portant des aubes rotoriques 17, avec un stator comprenant un carter 15 portant des aubes statoriques 18. En particulier, le carter 15 comprend une surface interne 15a qui délimite radialement vers l’extérieur la veine primaire 12, et une surface externe 15b qui délimite le compartiment moteur 14. Comme il est compris, le carter 15 désigne soit un carter de turbine soit un carter de compresseur, séparant la veine primaire 12 du compartiment moteur 14.Referring to Figure 2, which generically illustrates the architecture of the compressors 4, 6 and turbines 7, 8, the compression and expansion steps are ensured by the cooperation of a rotor, including a rotating shaft centered on the axis AX carrying rotor blades 17, with a stator comprising a casing 15 carrying stator vanes 18. In particular, the casing 15 comprises an internal surface 15a which delimits the primary vein 12 radially outwards, and an external surface 15b which delimits the engine compartment 14. As it is understood, the casing 15 denotes either a turbine casing or a compressor casing, separating the primary stream 12 from the engine compartment 14.

En pratique, ces compresseurs 4, 6 et turbines 7, 8 peuvent être perçus comme une succession d’étages, dont chaque étage comporte une rangée circonférentielle d’aubes rotoriques 17 et une rangée circonférentielle d’aubes statoriques 18 désignée par les termes de « redresseur » ou « distributeur ». Dans cet exemple, les aubes rotoriques 17 comportent chacune une pale 19, un pied 21 qui s’engage dans un disque 22 prolongeant radialement l’arbre, et une plateforme 23 qui raccorde le pied 21 à la pale 19. Cette plateforme 23 délimite notamment la veine primaire 12 radialement vers l’intérieur. En ce qui concerne les aubes statoriques 18, elles comportent chacune une pale 24 prolongée de part et d’autre de ses extrémités radiales par une plateforme radialement intérieure 26 et une plateforme radialement extérieure 27 qui délimitent conjointement la veine primaire 12. En particulier, ces aubes statoriques 18 sont maintenues en position à la fois par des bulbes 28 qui dépassent de la plateforme radialement extérieure 27 pour s’ancrer dans le carter 15, et par une virole interne 29 qui supporte la plateforme radialement intérieure 26.In practice, these compressors 4, 6 and turbines 7, 8 can be perceived as a succession of stages, each stage of which comprises a circumferential row of rotor blades 17 and a circumferential row of stator blades 18 designated by the terms " rectifier" or "distributor". In this example, the rotor blades 17 each comprise a blade 19, a root 21 which engages in a disc 22 extending radially from the shaft, and a platform 23 which connects the root 21 to the blade 19. This platform 23 in particular delimits the primary vein 12 radially inward. As regards the stator vanes 18, they each comprise a blade 24 extended on either side of its radial ends by a radially inner platform 26 and a radially outer platform 27 which jointly delimit the primary stream 12. In particular, these stator vanes 18 are held in position both by bulbs 28 which protrude from the radially outer platform 27 to be anchored in the casing 15, and by an inner shroud 29 which supports the radially inner platform 26.

Certaines pièces statoriques de la turbomachine 1 sont équipées d’un bloc de matériau abradable H positionné en vis-à-vis des pièces rotoriques marquées par un faible jeu rotor-stator et donc susceptibles d’interactions. Selon l’invention, un bloc de matériau abradable H intègre un logement qui s’étend circonférentiellement dans le carter de soufflante 11 et qui débouche sur sa surface interne 11a, à savoir en regard de la soufflante 9, et au droit des pales 10. De manière analogue, les turbines et compresseur sont équipés de blocs de matériaux abradables H prévus dans des logements qui sont formés circonférentiellement dans le carter 15 correspondant et qui débouchent sur la surface interne 15a, au droit des rangées d’aubes rotoriques 17. Complémentairement, la virole interne 29 est équipée d’un bloc de matériau abradable H contre lequel viennent glisser des léchettes 30 portées par le rotor.Certain stator parts of the turbomachine 1 are equipped with a block of abradable material H positioned opposite the rotor parts marked by a small rotor-stator clearance and therefore susceptible to interactions. According to the invention, a block of abradable material H incorporates a housing which extends circumferentially in the fan casing 11 and which opens onto its internal surface 11a, namely facing the fan 9, and in line with the blades 10. Similarly, the turbines and compressor are equipped with blocks of abradable material H provided in housings which are formed circumferentially in the corresponding casing 15 and which open onto the internal surface 15a, in line with the rows of rotor blades 17. Additionally, the inner shroud 29 is equipped with a block of abradable material H against which wipers 30 carried by the rotor slide.

L’idée à la base de l’invention est de doter la turbomachine 1 d’une fonction de contrôle de la santé matière et du comportement du matériau abradable H et des pièces rotoriques en vis-à-vis, de l’anglais « Structural Health Monitoring ». A cet égard, la particularité majeure de l’invention réside dans un procédé de fabrication d’une structure statorique à abradable instrumenté.The basic idea of the invention is to provide the turbomachine 1 with a function for controlling the health of the material and the behavior of the abradable material H and the rotor parts facing each other, from the English "Structural Health Monitoring”. In this respect, the major particularity of the invention resides in a method of manufacturing a stator structure with an instrumented abradable.

Procédé de fabricationManufacturing process

Par la suite, le procédé de fabrication sera décrit de manière générique sur la base d’une pièce statorique S destinée à s’étendre en regard d’une pièce rotorique R. Il est compris que cette pièce statorique peut aussi bien désigner le carter 15 au niveau des turbines et compresseurs, le carter de soufflante 11, la virole interne 29, ou toute autre pièce dite statorique prévue pour être équipée d’un bloc de matériau abradable en regard d’une pièce rotorique que l’Homme du métier pourrait considérer. Complémentairement, la pièce rotorique peut désigner à titre non limitatif une pale d’aube rotorique 19, une pale de soufflante 10, une pale d’aube rotorique ou une léchette 30 portée par le rotor.Subsequently, the manufacturing process will be described generically on the basis of a stator part S intended to extend opposite a rotor part R. It is understood that this stator part can equally well designate the casing 15 at the level of the turbines and compressors, the fan casing 11, the inner shroud 29, or any other so-called stator part intended to be equipped with a block of abradable material facing a rotor part that the person skilled in the art could consider . Additionally, the rotor part can designate, without limitation, a rotor blade 19, a fan blade 10, a rotor blade or a wiper 30 carried by the rotor.

En référence à la figure 3, l’aménagement du procédé selon l’invention requiert une étape consistant à former un logement 31 dans la pièce statorique S. Ce logement 31, prévu pour contenir le bloc de matériau abradable, est destiné à s’étendre dans le prolongement de la pièce rotorique R susceptible de s’engager à l’intérieur en fonctionnement, comme illustré en pointillés sur la figure 3. A titre d’exemple, ce logement 31 est prévue pour s’étendre circonférentiellement lorsque la pièce statorique désigne un carter 15 de turbine/compresseur ou de carter de soufflante 11.Referring to Figure 3, the arrangement of the method according to the invention requires a step consisting in forming a housing 31 in the stator part S. This housing 31, provided to contain the block of abradable material, is intended to extend in the extension of the rotor part R capable of engaging inside in operation, as illustrated in dotted lines in FIG. 3. By way of example, this housing 31 is provided to extend circumferentially when the stator part designates a casing 15 of the turbine/compressor or fan casing 11.

Ce logement 31 est un volume évidé qui débouche sur une surface dite proximale S1 de la pièce statorique S, définie comme sa surface en vis-à-vis de la pièce rotorique R. Autrement dit, le volume du logement est défini entre la paroi résultant de l’évidement de la pièce statorique et un plan P1 correspondant à la surface proximale S1 avant évidement. Dans le cas du carter 15 de turbine/compresseur ou du carter de soufflante 11, cette surface S1 désigne leur surface interne respective 15a et 11a.This housing 31 is a hollow volume which opens onto a so-called proximal surface S1 of the stator part S, defined as its surface facing the rotor part R. In other words, the volume of the housing is defined between the resulting wall of the recess of the stator part and a plane P1 corresponding to the proximal surface S1 before the recess. In the case of the turbine/compressor casing 15 or of the fan casing 11, this surface S1 denotes their respective internal surface 15a and 11a.

Une fois le logement 31 réalisé, le procédé selon l’invention prévoit d’intégrer au sein de celui-ci des instruments de mesure. Ces instruments désignent tout type de capteurs/détecteurs dont les données d’acquisition permettent notamment d’identifier et de quantifier une interaction rotor/stator, d’évaluer les propriétés physico-chimiques du matériau abradable, et ainsi de contrôler également l’intégrité de la pièce rotorique. Les instruments peuvent également renseigner certaines conditions de fonctionnement de la turbomachine à leur emplacement de destination.Once the housing 31 has been made, the method according to the invention provides for the integration within it of the measuring instruments. These instruments designate any type of sensors/detectors whose acquisition data makes it possible in particular to identify and quantify a rotor/stator interaction, to evaluate the physico-chemical properties of the abradable material, and thus also to control the integrity of the rotor part. The instruments can also inform certain operating conditions of the turbomachine at their destination location.

A titre d’exemple non limitatif, il peut être souhaité de placer :By way of non-limiting example, it may be desired to place:

- des jauges de contraintes/déformations permettant de mettre en évidence une dégradation de la tenue mécanique du matériau abradable ;- stress/deformation gauges making it possible to highlight a deterioration in the mechanical strength of the abradable material;

- des thermomètres permettant d’identifier une interaction via une élévation significative de la température du matériau abradable, et d’alerter d’une possible altération de ses propriétés physico-chimiques pouvant conduire à un endommagement de la pièce rotorique, en particulier si la température dépasse un seuil de plastification du matériau abradable ;- thermometers making it possible to identify an interaction via a significant rise in the temperature of the abradable material, and to warn of a possible alteration of its physico-chemical properties which could lead to damage to the rotor part, in particular if the temperature exceeds a plastification threshold of the abradable material;

- des capteurs pizeoélectriques permettant de contrôler notamment la profondeur d’incursion de la pièce rotorique au sein du matériau abradable, à savoir de mesurer le jeu de fonctionnement rotor-stator ;- pizeoelectric sensors making it possible to control in particular the depth of incursion of the rotor part within the abradable material, namely to measure the rotor-stator operating clearance;

Comme visible sur la figure 4, ces instruments, notés 32, sont fixés rigidement sur la pièce statorique S, au niveau du pourtour du logement 31. Ils sont placés et orientés suivant des angles spécifiques de manière à s’étendre assez proche de la pièce rotorique pour délivrer fidèlement des données au plus juste de la valeur vraie, sans pour autant rencontrer la pièce rotorique en vis-à-vis, qui dans le cas contraire conduirait à un endommagement. Dans l’exemple des figures, le logement 31 présente à cet effet une étendue qui augmente localement depuis la surface proximale S1 selon l’axe de rotation de la pièce rotorique R en fonctionnement, à savoir en s’éloignant de la pièce rotorique. La surface favorable au placement des instruments s’en retrouve augmentée. Dans le cas du carter de turbine/compresseur 15, l’axe de rotation de la pièce rotorique R, constitué par une pale 19 d’aube rotorique 17, correspond à l’axe AX de la turbomachine 1.As visible in Figure 4, these instruments, denoted 32, are rigidly fixed on the stator part S, at the level of the periphery of the housing 31. They are placed and oriented at specific angles so as to extend fairly close to the part. rotor to faithfully deliver data as close as possible to the true value, without encountering the opposite rotor part, which otherwise would lead to damage. In the example of the figures, the housing 31 has for this purpose an extent which increases locally from the proximal surface S1 along the axis of rotation of the rotor part R in operation, namely by moving away from the rotor part. The surface favorable to the placement of instruments is increased. In the case of the turbine/compressor casing 15, the axis of rotation of the rotor part R, consisting of a blade 19 of rotor blade 17, corresponds to the axis AX of the turbomachine 1.

Dans l’exemple de la figure 4, ces instruments sont ancrés sur la structure statorique par collage 33, ou encore par fixation mécano-soudé 34. Cependant, l’invention ne se limite pas à cet arrangement particulier et permet l’utilisation d’autres moyens de fixation que l’Homme du métier pourrait considérer.In the example of FIG. 4, these instruments are anchored to the stator structure by gluing 33, or even by mechanically welded fixing 34. However, the invention is not limited to this particular arrangement and allows the use of other fastening means that the person skilled in the art could consider.

De manière générale, les instruments de mesure sont scindés en deux catégories : les instruments filaires dont les données qu’ils émettent sont véhiculées par des câbles 36, et les instruments non-filaires de type radio-émetteurs qui transmettent les informations par voie Hertzienne. Dans le cadre de l’utilisation d’au moins un instrument filaire, l’invention prévoit de former le logement 31 traversant la pièce statorique, avec au moins une portion qui forme un conduit 37 de guidage des câbles 36 à l’extérieur de la pièce statorique S. De manière non limitative, le conduit 37 est avantageusement prévu pour déboucher au niveau d’une surface dite distale, repérée par S2, délimitant la pièce statorique S à l’opposé de la surface proximale S1. A titre d’exemple, dans le cas du carter de turbine/compresseur 15, ce conduit débouche sur la surface externe 15b, à savoir dans le compartiment moteur 14, afin de ne pas perturber l’écoulement du flux d’air dans la veine primaire 12.In general, the measuring instruments are divided into two categories: the wired instruments whose data they emit are conveyed by cables 36, and the non-wired instruments of the radio-transmitter type which transmit the information by Hertzian way. In the context of the use of at least one wired instrument, the invention provides for forming the housing 31 passing through the stator part, with at least one portion which forms a duct 37 for guiding the cables 36 outside the stator part S. In a non-limiting way, the duct 37 is advantageously provided to emerge at the level of a so-called distal surface, identified by S2, delimiting the stator part S opposite the proximal surface S1. By way of example, in the case of the turbine/compressor casing 15, this duct opens onto the external surface 15b, namely into the engine compartment 14, so as not to disturb the flow of the air flow in the vein primary 12.

En ce qui concerne les instruments non-filaires, dits utilisables sans fil, ils permettent de s’affranchir de la formation d’un tel conduit 37, i.e. permettent de se limiter à la formation d’un logement 31 borgne. Aussi, ces instruments non-filaires comportent généralement une antenne à orienter vers la pièce statorique, autrement dit en s’éloignant de la pièce rotorique R, de sorte à garantir son intégrité.As regards the non-wired instruments, said to be usable wirelessly, they make it possible to dispense with the formation of such a duct 37, i.e. make it possible to limit the formation of a blind housing 31. Also, these non-wired instruments generally include an antenna to be oriented towards the stator part, in other words away from the rotor part R, so as to guarantee its integrity.

Les capteurs sans fils sont particulièrement bien adaptés dans le cas où la pièce statorique S désigne la virole interne 29 qui supporte la plateforme radialement intérieure 26 des aubes statoriques 18. Néanmoins, l’utilisation de capteurs filaires peut être retenue en acheminant les câbles 36 depuis le logement 31, prévu dans la virole interne 29 pour recevoir le matériau abradable, jusque dans le compartiment moteur 14 en passant notamment au sein des aubes statoriques 18 pour ne pas perturber l’écoulement du flux d’air dans la veine primaire 12.Wireless sensors are particularly well suited in the case where the stator part S designates the inner shroud 29 which supports the radially inner platform 26 of the stator vanes 18. Nevertheless, the use of wired sensors can be retained by routing the cables 36 from the housing 31, provided in the inner shroud 29 to receive the abradable material, into the engine compartment 14 passing in particular within the stator vanes 18 so as not to disturb the flow of the air flow in the primary stream 12.

A cet égard, l’invention prévoit avantageusement que :In this regard, the invention advantageously provides that:

- toute ou une partie des aubes statoriques définissent en leur sein un passage interne qui s’étend le long de l’aube statorique, entre deux embouchures formées chacune au niveau d’une des deux plateformes radialement intérieure et extérieure 26, 27 ;- all or part of the stator vanes define within them an internal passage which extends along the stator vane, between two mouths each formed at one of the two radially inner and outer platforms 26, 27;

- le logement 31 de la virole interne 39 comporte des conduits 37 prévus pour être situés chacun dans le prolongement radial de l’embouchure située au niveau de la plateforme radialement intérieure 26 ; et complémentairement- the housing 31 of the inner shroud 39 comprises ducts 37 each provided to be located in the radial extension of the mouth located at the level of the radially inner platform 26; and additionally

- le carter de turbine/compresseur est percé dans le prolongement radial de l’embouchure située au niveau de la plateforme radialement extérieure 27 pour assurer la communication avec le compartiment moteur 14.- the turbine/compressor casing is drilled in the radial extension of the mouth located at the level of the radially outer platform 27 to ensure communication with the engine compartment 14.

Avec cet arrangement, le routage des câbles 36 vers le compartiment moteur 14 est rendu possible tout en les isolant du flux primaire Fp, en passant successivement par les conduits 37, les aubes statoriques 18 définissant un passage interne et les perçages formés dans le carter 15.With this arrangement, the routing of the cables 36 to the engine compartment 14 is made possible while isolating them from the primary flow Fp, passing successively through the ducts 37, the stator vanes 18 defining an internal passage and the holes formed in the casing 15 .

Après avoir disposé et fixé les instruments 32, l’étape suivante du procédé consiste à adjoindre le matériau abradable au sein du logement 31, pour ainsi aboutir à une structure statorique comprenant la pièce statorique incluant le logement, les instruments de mesure et le bloc de matériau abradable H. A cet égard, une particularité majeure de l’invention repose sur la formation du bloc de matériau abradable H par dépôt et agglomération d’une poudre au sein du logement 31. Le terme agglomération désigne un état de cohésion dans lequel la totalité ou la majorité des particules de la poudre sont solidarisées entre elles pour constituer le bloc de matériau abradable.After having arranged and fixed the instruments 32, the next step of the method consists in adding the abradable material within the housing 31, thus resulting in a stator structure comprising the stator part including the housing, the measuring instruments and the block of abradable material H. In this respect, a major feature of the invention is based on the formation of the block of abradable material H by deposition and agglomeration of a powder within the housing 31. The term agglomeration designates a state of cohesion in which the all or most of the particles of the powder are joined together to form the block of abradable material.

En références à la figure 5A, selon un premier mode de réalisation du matériau abradable H, le procédé selon l’invention prévoit de remplir le logement de poudre en établissant le vide en son sein. A cet effet, une gaine 38 est fixée de manière étanche sur la surface proximale S1, de manière à recouvrir le logement 31. La fixation de la gaine est par exemple effectuée par soudage. Cette gaine 38 comprend un orifice de remplissage 39 au niveau duquel la poudre est admise au sein du logement 31, et un orifice de vide 41 au niveau duquel le prélèvement de l’air V, initialement encapsulé lors de la fixation de la gaine, est effectué. Afin de limiter le temps associé à cette étape, le remplissage de poudre est effectué simultanément à la création du vide. Néanmoins, le vide peut être alternativement réalisé post-remplissage.With reference to FIG. 5A, according to a first embodiment of the abradable material H, the method according to the invention provides for filling the housing with powder by establishing a vacuum within it. For this purpose, a sheath 38 is fixed in leaktight manner on the proximal surface S1, so as to cover the housing 31. The fixing of the sheath is for example carried out by welding. This sheath 38 comprises a filling orifice 39 at the level of which the powder is admitted within the housing 31, and a vacuum orifice 41 at the level of which the sampling of the air V, initially encapsulated during the fixing of the sheath, is carried out. In order to limit the time associated with this step, the powder filling is carried out simultaneously with the creation of the vacuum. Nevertheless, the vacuum can alternatively be carried out post-filling.

Entendu que les orifices de remplissage et de vide 39, 41 doivent constituer les seules voies de communication possibles pour établir le vide, une plaque 42 est fixée de manière étanche, par exemple par soudage, sur la pièce statorique pour obstruer le conduit 37 le cas échant. En particulier, cette plaque 42, préférentiellement métallique, est pourvue de passages munis chacun d’un joint hermétique, repérés par 43, afin d’autoriser le passage des câbles 36 sans entraver l’établissement du vide.It being understood that the filling and vacuum orifices 39, 41 must constitute the only possible communication channels for establishing the vacuum, a plate 42 is fixed in a leaktight manner, for example by welding, on the stator part to obstruct the conduit 37 if necessary. sample. In particular, this plate 42, preferably metallic, is provided with passages each provided with a hermetic seal, identified by 43, in order to allow the passage of the cables 36 without hindering the establishment of the vacuum.

Une fois le remplissage effectué, les orifices de remplissage et de vide 39, sont ensuite fermés de façon étanche. Les instruments 32 baignent dans la poudre qui remplit le volume disponible, ce volume incluant le logement ôté du volume pris par les instruments et câbles, ainsi que l’espace défini entre le logement et la gaine.Once the filling has been carried out, the filling and vacuum orifices 39 are then closed in a sealed manner. The 32 instruments are bathed in the powder which fills the available volume, this volume including the housing removed from the volume taken up by the instruments and cables, as well as the space defined between the housing and the sheath.

Selon ce premier mode de réalisation, l’étape suivante consiste alors à agglomérer la poudre. Le procédé prévoit à titre non limitatif deux variantes de réalisation suite au remplissage par le vide.According to this first embodiment, the next step then consists in agglomerating the powder. The method provides, without limitation, two variant embodiments following filling by vacuum.

Une première variante, illustrée sur la figure 5B, consiste à soumettre la poudre à une compression isostatique ou unidirectionnelle à chaud, après fermeture étanche des orifices de remplissage et de vide 39, 41. Il s’agit simultanément de chauffer la poudre et d’exercer sur la gaine une pression orientée vers le logement 31, illustrée par des flèches. Préférentiellement, la montée en température de la poudre s’effectue par chauffage de la gaine 38 dont la chaleur se diffuse dans la poudre. Cette gaine, prévue à capacité de déformation, se déforme sous l’effet de la pression appliquée et limite le volume définit entre celle-ci et le logement. Sous l’effet de la compression et de la chaleur, les particules sont comprimés les unes aux autres et se frittent, c’est-à-dire se soudent ensemble superficiellement. Ensuite, la température et la pression sont abaissées à valeur atmosphérique pour figer en l’état la matière et ainsi former le bloc de matériau abradable H. La gaine 38 est ensuite retirée.A first variant, illustrated in FIG. 5B, consists in subjecting the powder to hot isostatic or unidirectional compression, after sealing the filling and vacuum orifices 39, 41. This involves simultaneously heating the powder and exert on the sheath a pressure directed towards the housing 31, illustrated by arrows. Preferably, the rise in temperature of the powder takes place by heating the sheath 38, the heat of which is diffused in the powder. This sheath, provided with deformation capacity, deforms under the effect of the pressure applied and limits the volume defined between it and the housing. Under the effect of compression and heat, the particles are compressed together and sinter, i.e. weld together superficially. Then, the temperature and the pressure are lowered to atmospheric value to freeze the material as it is and thus form the block of abradable material H. The sheath 38 is then removed.

Aussi, dans le cas où la gaine 38 n’est pas superposée au plan P1 à l’issue de l’étape de compression isostatique ou unidirectionnelle à chaud, il est compris que le bloc de matériau abradable forme un renflement qui dépasse de la surface proximale S1. En pratique, il peut être souhaité de conserver ce renflement en l’état ou l’usiner selon le jeu rotor/stator souhaité au montage dans la turbomachine 1.Also, in the case where the sheath 38 is not superimposed on the plane P1 at the end of the hot isostatic or unidirectional compression step, it is understood that the block of abradable material forms a bulge which protrudes from the surface proximal S1. In practice, it may be desirable to keep this bulge as it is or to machine it according to the rotor/stator clearance desired for assembly in the turbomachine 1.

Dans une deuxième variante, la formation du matériau abradable s’établit par frittage à chaud, en pilotant uniquement la température. A cet effet, le procédé selon l’invention prévoit de chauffer la poudre, en deçà d’une valeur de surchauffe ou de brûlure, et de maintenir la poudre à cette température jusqu'à ce que le frittage soit effectif. A titre non limitatif, la montée en température de la poudre se fait par chauffage de la gaine 38, après fermeture étanche des orifices de remplissage et de vide. Il est compris qu’en l’absence de surpression au sein du logement 31, la chauffe de la poudre doit s’effectuer sur un temps plus important pour aboutir à l’agglomération de la poudre à iso-température et iso-matériau par rapport avec la compression isostatique ou unidirectionnelle à chaud.In a second variant, the formation of the abradable material is established by hot sintering, controlling only the temperature. To this end, the method according to the invention provides for heating the powder, below an overheating or burning value, and maintaining the powder at this temperature until the sintering is effective. By way of non-limiting example, the rise in temperature of the powder takes place by heating the sheath 38, after sealing the filling and vacuum orifices. It is understood that in the absence of overpressure within the housing 31, the heating of the powder must take place over a longer time to result in the agglomeration of the powder at iso-temperature and iso-material compared to with hot isostatic or unidirectional compression.

En référence à la figure 6, selon un deuxième mode de réalisation du matériau abradable H, le procédé selon l’invention prévoit de recourir à la fabrication additive. L’invention prévoit d’utiliser préférentiellement la technique de projection à froid à vitesse supersonique, de l’anglais « cold-spray », ou le frittage laser par projection de poudre, illustrés de manière schématique sur la figure 6. Ces deux techniques permettent de construire directement le bloc de matériau abradable H par empilements successifs de couches de poudre agglomérée au sein du logement.Referring to Figure 6, according to a second embodiment of the abradable material H, the method according to the invention provides for the use of additive manufacturing. The invention provides for the preferential use of the technique of cold spraying at supersonic speed, from the English “cold-spray”, or laser sintering by powder spraying, illustrated schematically in FIG. 6. These two techniques allow to directly construct the block of abradable material H by successive stacks of layers of agglomerated powder within the housing.

Le frittage laser par projection de poudre consiste en premier lieu à venir initialement fondre la surface de la pièce statorique délimitant le logement, et la surface de la plaque métallique orientée vers le logement dans le cas de l’utilisation d’un instrument filaire, à l’aide d’un laser. Simultanément, un jet de poudre est projeté via une buse 46 sur la surface fondue. La poudre projetée se lie à la surface fondue et vient ainsi former une surépaisseur de matériau abradable. Une fois cette surépaisseur de matériau abradable établie, elle devient le nouveau substrat sur lequel la nouvelle couche de matériau abradable est formée, et ainsi de suite de manière cyclique jusqu’à remplissage intégral du logement 31.Laser sintering by powder projection consists first of all in initially melting the surface of the stator part delimiting the housing, and the surface of the metal plate oriented towards the housing in the case of the use of a wired instrument, to using a laser. Simultaneously, a jet of powder is projected via a nozzle 46 onto the molten surface. The projected powder binds to the molten surface and thus forms an extra thickness of abradable material. Once this extra thickness of abradable material has been established, it becomes the new substrate on which the new layer of abradable material is formed, and so on cyclically until the housing 31 is completely filled.

En ce qui concerne la projection à froid à vitesse supersonique, cette technique consiste à injecter la poudre dans un flux de gaz de vitesse supersonique projeté par une buse 47. Les particules impactent la surface à revêtir avec une énergie cinétique suffisante pour se déformer plastiquement et se lier les unes aux autres. De manière analogue au frittage laser par projection, la première couche de matériau abradable réalisée directement sur la surface de la pièce statorique délimitant le logement, et la surface de la plaque 42 le cas échéant, forme le substrat pour la prochaine passe.With regard to cold spraying at supersonic speed, this technique consists of injecting the powder into a flow of supersonic speed gas projected by a nozzle 47. The particles impact the surface to be coated with sufficient kinetic energy to deform plastically and bond with each other. Analogously to laser sintering by projection, the first layer of abradable material produced directly on the surface of the stator part delimiting the housing, and the surface of the plate 42 if necessary, forms the substrate for the next pass.

Selon l’une des variantes définies dans ce deuxième mode de réalisation, le procédé prévoit avantageusement d’installer la buse, et le laser dans le cas du frittage laser par projection de poudre, sur un dispositif 5 axes de façon à pouvoir suivre le contour du logement quelle que soit sa forme.According to one of the variants defined in this second embodiment, the method advantageously provides for installing the nozzle, and the laser in the case of laser sintering by powder spraying, on a 5-axis device so as to be able to follow the contour housing in any form.

Aussi, l’utilisation d’un procédé de fabrication additive selon le deuxième mode de réalisation permet de former directement le bloc de matériau abradable H lors du remplissage du logement. Il est néanmoins envisageable de le soumettre complémentairement soit à un frittage à chaud, soit à une compression isostatique-unidirectionnelle à chaud conformément au premier mode de réalisation, en vue de lui conférer des propriétés différentes (porosités, densité, …) et/ou d’opérer une relaxation thermique des contraintes résiduelles accumulées lors de sa fabrication additive.Also, the use of an additive manufacturing process according to the second embodiment makes it possible to directly form the block of abradable material H during the filling of the housing. It is nevertheless possible to additionally subject it either to hot sintering, or to hot isostatic-unidirectional compression in accordance with the first embodiment, with a view to giving it different properties (porosity, density, etc.) and/or operate a thermal relaxation of the residual stresses accumulated during its additive manufacturing.

Quel que soit le mode de réalisation du bloc de matériau abradable H considéré, il peut être souhaitable de protéger toute ou partie des instruments et/ou des câbles susceptibles d’être endommagés lors de la fabrication du matériau abradable. En pratique, les instruments peuvent être équipés lors de leur disposition dans le logement 31, à savoir en amont de la fabrication du bloc de matériau abradable H, de barrières thermiques et/ou de confinement, repérés par 44, pour éviter leur surchauffe et leur endommagement par compression. En particulier, ces barrières forment des substrats permettant le passage du laser au niveau des instruments dans le cas du frittage laser par projection de poudre.Whatever the embodiment of the block of abradable material H considered, it may be desirable to protect all or part of the instruments and/or the cables liable to be damaged during the manufacture of the abradable material. In practice, the instruments can be equipped when they are placed in the housing 31, namely upstream of the manufacture of the block of abradable material H, with thermal and/or confinement barriers, identified by 44, to prevent their overheating and their compression damage. In particular, these barriers form substrates allowing the passage of the laser at the level of the instruments in the case of laser sintering by powder projection.

La formation du bloc de matériau abradable H a été décrite via l’utilisation de techniques de métallurgie des poudres et de fabrication additive. Le choix de la technique utilisée est fonction notamment de sa compatibilité avec la poudre constituant le matériau abradable, et des propriétés physico-chimique attendues. Il est entendu que l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisations présentés, et permet l’utilisation d’autres procédés dès lors que leur mise en œuvre emporte le dépôt et l’agglomération de poudre au sein du logement pour former le bloc de matériau abradable.The formation of the block of abradable material H has been described through the use of powder metallurgy and additive manufacturing techniques. The choice of the technique used depends in particular on its compatibility with the powder constituting the abradable material, and on the expected physico-chemical properties. It is understood that the invention is not limited to the embodiments presented, and allows the use of other methods as long as their implementation involves the deposit and the agglomeration of powder within the housing to form the block of abradable material.

Comme il est compris, cette particularité de fabrication par dépôt et agglomération de poudre permet d’emprisonner et protéger les instruments de mesure au sein du bloc de matériau abradable, leur permettant ainsi de recueillir des données in situ, au plus proche du siège des interactions rotor/stator et des réactions les plus dimensionnantes.As it is understood, this particularity of manufacture by deposition and agglomeration of powder makes it possible to imprison and protect the measuring instruments within the block of abradable material, thus allowing them to collect data in situ, as close as possible to the seat of the interactions. rotor/stator and the most dimensioning reactions.

De plus, la fabrication du bloc de matériau abradable directement sur la paroi de la pièce statorique S délimitant le logement, assure un ancrage mécanique accru et une cohésion d’ensemble. Autrement dit, le procédé selon l’invention présente l’avantage de ne pas fragiliser la structure statorique sous les contraintes de fonctionnement, malgré la présence des instruments 32. Concrètement, le risque de fuites d’air, traversant le matériau abradable ainsi qu’à l’interface entre la pièce statorique et le matériau abradable, est sensiblement réduit. Le procédé selon l’invention est de ce fait particulièrement bien adapté pour une application sur la base du carter 15, étant donné que cette problématique de fuite est d’autant plus essentielle à maitriser au niveau des turbines et compresseurs où toute fuite peut conduire à un éclatement sous la pression de la veine primaire 12.In addition, the manufacture of the block of abradable material directly on the wall of the stator part S delimiting the housing, ensures increased mechanical anchoring and overall cohesion. In other words, the method according to the invention has the advantage of not weakening the stator structure under the operating stresses, despite the presence of the instruments 32. Concretely, the risk of air leaks, passing through the abradable material as well as at the interface between the stator part and the abradable material, is significantly reduced. The method according to the invention is therefore particularly well suited for an application on the base of the casing 15, given that this problem of leakage is all the more essential to control at the level of turbines and compressors where any leakage can lead to a burst under the pressure of the primary vein 12.

Contrôle et régulationControl and regulation

L’utilisation au sein de la turbomachine des données récoltées par les instruments de mesures des structures statoriques formées conformément au procédé selon l’invention est maintenant expliquée en référence à la figure 1. Cette figure illustre un cas pour lequel le carter de soufflante est équipé d’un bloc de matériau abradable au droit des pales de soufflantes 10 et d’instruments de mesures, mais il est compris que la démarche est applicable quel que soit l’ensemble, formé d’une structure statorique et une pièce rotorique en vis-à-vis, considéré.The use within the turbomachine of the data collected by the measuring instruments of the stator structures formed in accordance with the method according to the invention is now explained with reference to FIG. 1. This figure illustrates a case for which the fan casing is equipped of a block of abradable material in line with the fan blades 10 and measuring instruments, but it is understood that the approach is applicable regardless of the assembly, formed of a stator structure and a screw-type rotor part. opposite, considered.

La turbomachine 1 comporte de manière connue un ordinateur de bord, repéré par 48. Cet ordinateur de bord 48 est prévu pour renseigner certaines données de vol, à savoir des informations liées à l’environnement et au fonctionnement de la turbomachine, et piloter le régime de la turbomachine. Dans le cadre de l’invention, la turbomachine est équipée d’un calculateur 49 configuré pour recevoir et traiter les données fournies par les instruments de mesures 32. Les instruments de mesures 32 sont connectés à ce calculateur 49 localisé dans une zone protégée et adaptée, par voie Hertzienne ou par les câbles qui sont acheminés jusqu’à lui. Selon les conditions d’acheminement des câbles, il peut être souhaité de les placer dans des goulottes ventilées afin de les protéger, ou encore de les laisser à nu.The turbomachine 1 comprises in known manner an on-board computer, identified by 48. This on-board computer 48 is provided to enter certain flight data, namely information related to the environment and to the operation of the turbomachine, and to control the engine speed. of the turbomachine. In the context of the invention, the turbomachine is equipped with a computer 49 configured to receive and process the data provided by the measuring instruments 32. The measuring instruments 32 are connected to this computer 49 located in a protected and suitable area , by Hertzian way or by the cables which are conveyed to him. Depending on the cable routing conditions, it may be desirable to place them in ventilated trunking in order to protect them, or even to leave them bare.

En pratique ce calculateur 49 peut analyser les informations brutes ou bien interagir avec l’ordinateur de bord 48 pour les corréler avec les données de vols.In practice, this computer 49 can analyze the raw information or else interact with the on-board computer 48 to correlate it with the flight data.

Ces résultats d’analyse sont envoyés à l’ordinateur de bord qui devient apte à alerter le cas échant d’une usure du matériau abradable, laquelle est révélée par une déviation de la réponse analysée des instruments de mesure. De manière analogue, l’ordinateur de bord devient capable d’alerter d’une interaction indésirable rotor-stator ainsi que de l’état du jeu en temps réel, selon l’indice mesuré par les instruments de mesure 32. Il est compris que cet aménagement permet de limiter les étapes de maintenance au juste besoin, à savoir quand le système en alerte la nécessité.These analysis results are sent to the on-board computer which becomes capable of alerting the appropriate case of wear of the abradable material, which is revealed by a deviation of the analyzed response of the measuring instruments. Similarly, the on-board computer becomes capable of alerting of an undesirable rotor-stator interaction as well as the state of play in real time, according to the index measured by the measuring instruments 32. It is understood that this arrangement makes it possible to limit the maintenance steps to the exact need, namely when the system alerts the need.

Aussi, les données analysées permettent d’apporter des informations riches pour simplifier ces étapes de maintenance. A titre d’exemple, des capteurs piézo-électriques placés à intervalle régulier le long du logement 31 sont susceptibles chacun d’enregistrer une réponse impulsionnelle traduisant d’une interaction rotor/stator. Cette impulsion étant enregistrée à des temps différents selon le positionnement des capteurs, il s’ensuit que la localisation de la zone impactée du bloc de matériau abradable est rendu possible par triangularisation. La durée d’une étape de maintenance peut ainsi être sensiblement réduite en se concentrant directement sur les zones identifiées comme défectueuses.Also, the analyzed data can provide rich information to simplify these maintenance steps. By way of example, piezoelectric sensors placed at regular intervals along housing 31 are each capable of recording an impulse response reflecting a rotor/stator interaction. This pulse being recorded at different times depending on the positioning of the sensors, it follows that the localization of the impacted zone of the block of abradable material is made possible by triangularization. The duration of a maintenance step can thus be significantly reduced by focusing directly on the areas identified as defective.

Généralement, les motoristes définissent le matériau abradable utilisé sur la base de données récoltées expérimentalement, avec des marges ou bien des limitations. Ces essais, dont les conditions sont partiellement représentatives de celles rencontrées en vol (flux d’air, vitesses, températures), permettent d’étudier isolément certains mécanismes d’endommagements. A cet égard, il est usuellement impossible d’établir un modèle prédictif de comportement du matériau abradable en fonction de l’ensemble des aléas de fonctionnement de la turbomachine, et par voie de conséquence de la pièce rotorique en vis-à-vis.Generally, engine manufacturers define the abradable material used on the basis of data collected experimentally, with margins or limitations. These tests, whose conditions are partially representative of those encountered in flight (air flow, speeds, temperatures), make it possible to study certain damage mechanisms in isolation. In this respect, it is usually impossible to establish a predictive model of the behavior of the abradable material according to all the operating hazards of the turbomachine, and consequently of the rotor part opposite.

Dans le cadre de l’invention, les instruments de mesures 32 sont placés in situ et permettent d’acquérir des résultats représentatifs de la réalité. L’ensemble des phénomènes physiques, et leurs couplages, peuvent être appréhendés et conduire à la formulation d’une loi phénoménologique de comportement du bloc de matériau abradable et de la pièce rotorique en vis-à-vis. En pratique, une telle loi résulte d’un processus itératif en comparant résultats expérimentaux sur banc d’essais et résultats d’analyses in situ par les instruments de mesures. Il en résulte une montée en maturité de la technologie des matériaux abradables appliqués aux interfaces rotor-stator : le matériau abradable peut être défini de façon optimale.In the context of the invention, the measuring instruments 32 are placed in situ and make it possible to acquire results representative of reality. All the physical phenomena, and their couplings, can be apprehended and lead to the formulation of a phenomenological law of behavior of the block of abradable material and the rotor part opposite. In practice, such a law results from an iterative process by comparing experimental results on test benches and results of in situ analyzes by measuring instruments. This results in a rise in maturity of the technology of abradable materials applied to rotor-stator interfaces: the abradable material can be defined in an optimal way.

Corolairement, il devient possible d’identifier en temps réel l’existence d’aléas de fonctionnement selon les données d’acquisitions des instruments de mesure. A cet égard, l’invention prévoit avantageusement que l’ordinateur de bord 48 soit configuré pour réguler automatiquement les conditions instantanées de vol, notamment le fonctionnement de la turbomachine selon les données d’acquisitions, et éviter une interaction rotor-stator non souhaitée.As a corollary, it becomes possible to identify in real time the existence of operating hazards according to the acquisition data of the measuring instruments. In this respect, the invention advantageously provides for the on-board computer 48 to be configured to automatically regulate the instantaneous flight conditions, in particular the operation of the turbomachine according to the acquisition data, and to avoid unwanted rotor-stator interaction.

Aussi, la température de la veine primaire 12 peut être ajustée en temps réel pour diminuer les contraintes locales dans le bloc de matériau abradable ou encore conserver le jeu rotor-stator, désormais évaluable, à sa valeur minimale admissible. Les taux de compression à travers les compresseurs 4, 6 et le travail mécanique utile dans les turbines 7, 8 s’en retrouvent optimisés.Also, the temperature of the primary stream 12 can be adjusted in real time to reduce the local stresses in the block of abradable material or even to keep the rotor-stator clearance, now assessable, at its minimum allowable value. The compression ratios through the compressors 4, 6 and the useful mechanical work in the turbines 7, 8 are thereby optimized.

Claims (10)

Procédé de fabrication d’une structure statorique de turbomachine, le procédé comprenant les étapes de :
a) fourniture d’une pièce statorique (S) délimitée par une surface proximale (S1) destinée à s’étendre en vis-à-vis d’une pièce rotorique (R) de turbomachine, cette pièce statorique (S) comprenant un logement (31) qui débouche sur la surface proximale (S1) ;
b) fixation sur la pièce statorique (S), au sein du logement (31), d’au moins un instrument de mesure (32) ; et
c) remplissage du logement (31) par dépôt et agglomération d’une poudre (P) pour former un bloc de matériau abradable (H).
A method of manufacturing a turbomachine stator structure, the method comprising the steps of:
a) supply of a stator part (S) delimited by a proximal surface (S1) intended to extend opposite a rotor part (R) of the turbomachine, this stator part (S) comprising a housing (31) which opens onto the proximal surface (S1);
b) fixing on the stator part (S), within the housing (31), of at least one measuring instrument (32); And
c) filling the housing (31) by deposition and agglomeration of a powder (P) to form a block of abradable material (H).
Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’étape b) comprend un collage (33) ou un assemblage mécano-soudé (34) de l’instrument de mesure ou de chaque instrument de mesure (32) à la pièce statorique (S).Method according to claim 1, in which step b) comprises gluing (33) or a mechanically welded assembly (34) of the measuring instrument or of each measuring instrument (32) to the stator part (S) . Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le logement (31) de la pièce statorique (S) fournie à l’étape a) est borgne, et l’instrument de mesure ou chaque instrument de mesure (32) est utilisable sans fil.Method according to claim 1 or 2, in which the housing (31) of the stator part (S) provided in step a) is blind, and the measuring instrument or each measuring instrument (32) can be used wirelessly . Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’instrument de mesure ou au moins un des instruments de mesure (32) est câblé, et le logement (31) de la pièce statorique (S) fournie à l’étape a) comprend un conduit (37) qui guide le câble de l’instrument de mesure ou dudit au moins un des instruments de mesure (32) à l’extérieur de la pièce statorique (S).Method according to claim 1 or 2, in which the measuring instrument or at least one of the measuring instruments (32) is wired, and the housing (31) of the stator part (S) provided in step a) comprises a conduit (37) which guides the cable of the measuring instrument or of said at least one of the measuring instruments (32) outside the stator part (S). Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’étape c) comprend un remplissage sous vide du logement (31) avec la poudre (P), puis une agglomération de la poudre (P) par frittage.Method according to one of the preceding claims, in which step c) comprises vacuum filling of the housing (31) with the powder (P), then agglomeration of the powder (P) by sintering. Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel l’étape c) est mise en œuvre par fabrication additive.Method according to one of Claims 1 to 4, in which step c) is implemented by additive manufacturing. Ensemble de turbomachine comprenant une pièce rotorique (R) et une structure statorique qui inclut une pièce statorique (S) délimitée par une surface proximale (S1) s’étendant en vis-à-vis de la pièce rotorique (R), cette pièce statorique (S) étant pourvu d’un logement débouchant sur la surface proximale (S1),
la structure statorique comprenant au moins un instrument de mesure (32) disposé dans le logement (31) en étant fixé sur la pièce statorique (S), et un bloc de matériau abradable (H) remplissant le logement (31) en emprisonnant ledit au moins un instrument de mesure, ce bloc de matériau abradable (H) étant constitué d’une agglomération de poudre (P).
Turbomachine assembly comprising a rotor part (R) and a stator structure which includes a stator part (S) delimited by a proximal surface (S1) extending opposite the rotor part (R), this stator part (S) being provided with a housing opening onto the proximal surface (S1),
the stator structure comprising at least one measuring instrument (32) placed in the housing (31) by being fixed on the stator part (S), and a block of abradable material (H) filling the housing (31) by trapping said least one measuring instrument, this block of abradable material (H) consisting of an agglomeration of powder (P).
Turbomachine (1) d’aéronef comprenant un ensemble selon la revendication 7, et un calculateur configuré pour recevoir et traiter des données d’acquisition dudit au moins un instrument de mesure.Aircraft turbomachine (1) comprising an assembly according to claim 7, and a computer configured to receive and process acquisition data from said at least one measuring instrument. Turbomachine selon la revendication 8, comprenant un ordinateur de bord (48) configuré pour réguler automatiquement le fonctionnement de la turbomachine (1) en fonction d’un résultat de traitement des données d’acquisition dudit au moins un instrument de mesure par le calculateur.Turbomachine according to claim 8, comprising an on-board computer (48) configured to automatically regulate the operation of the turbomachine (1) as a function of a result of processing of the acquisition data of said at least one measuring instrument by the computer. Turbomachine selon la revendication 8 ou 9, dans laquelle la pièce statorique est un carter (15) de turbine ou de compresseur, et la pièce rotorique est une aube rotative (17).
Turbomachine according to claim 8 or 9, in which the stator part is a turbine or compressor casing (15), and the rotor part is a rotating vane (17).
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