FR3106849A1 - Procédé de formation d’une aube de turbine, et aube associée. - Google Patents

Procédé de formation d’une aube de turbine, et aube associée. Download PDF

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Abstract

Procédé de formation d’une aube de turbine, et aube associée. Procédé de formation d’une aube (1) de turbine, dans lequel on forme par voie de fonderie un corps d’aube (10) comprenant des parois externes (12) et des parois internes (14) définissant au moins une cavités (16), , ledit corps d’aube (10) présentant au moins une fente (30) traversant une paroi externe, et présentant un épaulement (32) formé dans le prolongement de chacune desdites fentes( 30), chaque épaulement (32) formant une butée selon la direction principale (Z-Z), selon un sens de déplacement allant du pied de l’aube (101) vers la tête d’aube (102), - on forme un ou plusieurs capots (20), on insère le capot (20) dans le corps d’aube (10) chaque capot (20) étant inséré via une fente (30) aménagée dans une paroi externe (12) du corps d’aube (10), on obture lesdites fentes (30). Figure pour l’abrégé : Fig. 2.

Description

Procédé de formation d’une aube de turbine, et aube associée.
Le présent exposé concerne un procédé de réalisation d’aubes, par exemple des aubes pour des turbines de turbomachine.
Les aubes de turbomachines sont communément réalisées par un procédé de fonderie à cire perdue. Les creux au sein de l’aube formant le circuit de ventilation de l’aube sont réalisés à l’aide de noyaux en céramique.
Une problématique récurrente concerne cependant le maintien des différentes parties des noyaux, destinées à former les cavités et la baignoire de l’aube. Ces différentes parties des noyaux sont communément maintenues à l’aide de tiges en céramique ayant un diamètre réduit, typiquement inférieur à 1mm. Cependant, on comprend que de telles liaisons sont fragiles, et posent donc des problématiques de tenue lors de l’injection céramique et des autres étapes du procédé de fonderie à cire perdue.
Le présent exposé vise ainsi à proposer une structure d’aube et le procédé de fabrication associé permettant de répondre à ces problématiques.
Le présent exposé concerne ainsi une aube de turbine, comprenant:
- un corps d’aube comprenant des parois externes définissant une face intrados et une face extrados, et des parois internes définissant au moins une cavité, le corps d’aube s’étendant selon une direction principale entre un pied d’aube et un sommet d’aube, ledit corps d’aube présentant au moins une fente traversant une paroi externe, et présente un épaulement adjacent à chacune desdites fentes, chaque épaulement formant une butée selon la direction principale, selon un sens de déplacement allant du pied de l’aube vers le sommet d’aube,
- un ou plusieurs capots, chaque capot étant inséré par une fente du corps d’aube, de manière à venir au moins partiellement séparer une cavité du corps d’aube entre une cavité interne et une cavité externe, chaque capot étant positionné en appui contre un épaulement,
dans laquelle chaque fente du corps d’aube est obturée par un matériau d’obturation.
Selon un exemple, le corps d’aube comprend une paire d’épaulements s’étendant dans un volume interne du corps d’aube de part et d’autre de chaque fente, les épaulements de chaque paire d’épaulements étant disposés de part et d’autre de chaque capot selon la direction principale.
Les épaulements sont alors typiquement formés sur la paroi externe du corps d’aube opposée à la paroi externe présentant ladite au moins une fente.
Selon un exemple, chaque épaulement s’étend sur toute une périphérie interne d’une cavité du corps d’aube selon une section perpendiculaire à la direction principale.
Le présent exposé concerne également un procédé de formation d’une aube de turbine, dans lequel:
- on forme par voie de fonderie un corps d’aube comprenant des parois externes définissant une face intrados et une face extrados, et des parois internes définissant au moins une cavité, le corps d’aube s’étendant selon une direction principale entre un pied d’aube et une tête d’aube, ledit corps d’aube présentant au moins une fente traversant une paroi externe, et présente un épaulement formé dans le prolongement de chacune desdites fentes, chaque épaulement formant une butée selon la direction principale, selon un sens de déplacement allant du pied de l’aube vers la tête d’aube,
- on forme un ou plusieurs capots,
- on insère le capot dans le corps d’aube chaque capot étant inséré via une fente aménagée dans une paroi externe du corps d’aube,
- on obture lesdites fentes.
Selon un exemple, le corps d’aube comprend une paire d’épaulements s’étendant de part et d’autre de chaque fente, les épaulements de chaque paire d’épaulements étant disposés de part et d’autre de chaque capot selon la direction principale.
Selon un exemple, chaque épaulement s’étend sur toute une périphérie interne d’une cavité du corps d’aube selon une section perpendiculaire à la direction principale.
Selon un exemple, lesdites fentes sont obturées par brasage ou par dépôt de matière.
L’invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée faite ci-après de différents modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples non limitatifs.
La figure 1 est une vue d’une aube selon un aspect de l’invention.
La figure 2 est une vue en coupe de l’aube représentée sur la figure 1.
La figure 3 est une vue détaillée d’une paroi externe de l’aube.
La figure 4 est une représentation schématique d’une autre vue en coupe de l’aube.
Sur l’ensemble des figures, les éléments en commun sont repérés par des références numériques identiques.
Les figures 1 à 4 représentent différentes vues d’une aube selon un aspect de l’invention. La figure 1 est une vue générale d’une aube 1, la figure 2 est une vue en coupe selon un plan permettant de visualiser le fond de baignoire de l’aube, la figure 3 est une vue d’une face externe de l’aube, et la figure 4 est une vue en coupe selon un plan vertical de l’aube 1.
On représente sur ces figures une aube 1, typiquement une aube de turbine ou de compresseur de turbomachine.
L’aube 1 telle que présentée comprend un corps d’aube 10 et un ou plusieurs éléments que l’on désigne par capots 20.
Le corps d’aube 10 est typiquement formé en une seule pièce, par exemple par voie de fonderie. Il comprend des parois externes 12I et 12X définissant respectivement une face intrados 10I et une face extrados 10X du corps d’aube 10, entre lesquelles s’étendent des parois internes 14 définissant ainsi au moins une cavité 16, typiquement une pluralité de cavités 16 au sein du corps d’aube 10.
Le corps d’aube 10 s’étend selon une direction principale indiquée ici par l’axe Z-Z, entre un pied d’aube 101 et un sommet de l’aube 102. Les cavités 16 formées dans le corps d’aube 10 sont ici en partie débouchantes au sommet de l’aube 102.
L’aube 1 telle que proposée comprend un ou plusieurs capots 20 qui viennent subdiviser tout ou partie desdites cavités 16 de manière à former des cavités internes de l’aube et une baignoire de l’aube. La baignoire de l’aube désigne de manière usuelle les cavités débouchant au sommet de l’aube, qui visent à limiter la surface de contact entre le sommet de l’aube 102 et un anneau venant entourer les différentes aubes d’un composant tel qu’un compresseur ou une turbine. Les cavités internes forment quant à elles des circuits de refroidissement pour les aubes.
Comme indiqué au préalable, une problématique concerne la réalisation des baignoires et des cavités internes, qui nécessitent l’utilisation de différents noyaux de fonderie liés par des tiges.
Les efforts résultant de la force centrifuge lors du fonctionnement de l’aube 1, par exemple dans le cadre d’une turbine de turbomachine, sont conséquents. Une fixation des capots 20 sur le corps d’aube 10 exclusivement par brasage ou soudage n’est ainsi pas suffisante pour assurer une bonne tenue mécanique.
Afin de répondre aux problématiques posées par les techniques antérieures, le présent exposé propose d’aménager des fentes 30 dans le corps d’aube 10 afin de permettre d’y insérer les capots 20.
Le corps d’aube 10 tel que proposé est ici réalisé par procédé de fonderie, typiquement à cire perdue, sans fond de baignoire. Les différents éléments formant le fond de baignoire sont réalisés indépendamment, par un procédé de fabrication adapté.
Le corps d’aube 10 présente ainsi au moins une fente 30 aménagée de manière à déboucher dans chacune des cavités formées dans le corps d’aube 10 et destinées à être subdivisées en des cavités internes et des baignoires de l’aube 1.
Dans l’exemple illustré, le corps d’aube 10 présente une pluralité de fentes 30, formées en regard des différentes cavités 16. Chacune de ces fentes 30 est dimensionnée de manière à permettre d’y insérer un capot 20 dimensionné de manière à venir obturer au moins partiellement, ou par exemple entièrement, la cavité 16 associée selon un plan, typiquement perpendiculaire à l’axe Z-Z du corps d’aube 10. Chaque capot 20 est ainsi inséré, typiquement par coulissement selon un axe perpendiculaire à l’axe Z-Z, au travers d’une fente 30 jusqu’à atteindre une position de butée en appui contre la paroi externe du corps d’aube opposée à celle dans laquelle est aménagée la fente 30. Ainsi, en considérant que les fentes 30 sont aménagées dans la paroi externe extrados 12X du corps d’aube 10, les différents capots 20 sont insérés par les fentes jusqu’à venir en butée contre la paroi externe intrados 12I du corps d’aube 10. A l’inverse, en considérant que les fentes 30 sont aménagées dans la paroi externe intrados 12I du corps d’aube 10, les différents capots 20 sont insérés par les fentes jusqu’à venir en butée contre la paroi externe extrados 12X du corps d’aube 10.
Les différents capots 20 viennent ainsi subdiviser tout ou partie desdites cavités 16 de manière à former des cavités internes de l’aube 1 et une baignoire de l’aube 1; les capots 20 forment ainsi ce que l’on désigne usuellement par le fond de baignoire de l’aube 1.
Les fentes 30 peuvent être aménagées dans la paroi externe intrados 12I et/ou dans la paroi externe extrados 12X du corps d’aube 10.
Le corps d’aube 10 est par ailleurs muni d’épaulements 32 et 34 positionnés au sein du volume interne délimité par le corps d’aube 10, et entre lesquels viennent se positionner les capots 20.
Plus précisément, le corps d’aube 10 présente pour chaque fente 30, deux épaulements 32 et 34 venant encadrer un volume correspondant à une projection de la fente 30 selon un plan perpendiculaire à l’axe Z-Z du corps d’aube 10. Ces deux épaulements 32 et 34 forment ainsi respectivement un épaulement supérieur 32 et un épaulement inférieur 34, les désignations inférieur et supérieur étant ici données par rapport au pied d’aube 101 qui est considéré comme étant le bas du corps d’aube 10, et le sommet 102 de l’aube qui forme le haut du corps d’aube 10.
Les épaulements 32 et 34 délimitent ainsi des logements dans lequel peuvent être insérés les capots 20.
Les épaulements 32 et 34 s’étendent de part et d’autre de chaque fente 30 selon la direction définie par l’axe Z-Z.
Les épaulements 32 et 34 s’étendent typiquement de manière continue sur les parois internes adjacentes à la fente 30 considérée, sur la face interne de la paroi externe dans laquelle est aménagée la fente 30 considérée, et sur la face interne de la paroi externe opposée à la fente 30 considérée. En variante, les épaulements 32 et 34 peuvent définir une pluralité de points d’appui distincts.
Les épaulements 32 et 34 sont issus de fonderie, et venus de matière avec le corps d’aube 10.
Les épaulements 32 et 34 forment ainsi des butées encadrant le débattement des différents capots 20 selon la direction définie par l’axe Z-Z une fois que ces derniers sont insérés dans le corps d’aube 10 via les fentes 30.
Plus précisément, les épaulements supérieurs 32 forment une butée s’opposant aux efforts résultant de la force centrifuge appliquée aux différents capots 20, qui sont symbolisés par une flèche F sur la figure 4. Dans la mesure où les épaulements 32 et 34 sont venus de matière avec le corps d’aube 10, ils présentent une résistance mécanique fortement accrue par rapport à des supports ou taquets qui seraient rapportés par soudage, ou même par rapport à une liaison réalisée par soudage entre les capots 20 et le corps d’aube 10.
Les épaulements inférieurs 34 sont optionnels, ils permettent notamment de faciliter l’assemblage et le maintien en position des capots 20.
Une fois les différents capots 20 insérés dans le corps d’aube 10 via les fentes 30, les capots 20 sont typiquement solidarisés au corps d’aube 10.
Les fentes 30 sont ensuite obturées, typiquement par ajout d’un matériau d’obturation, par exemple via un procédé de brasage ou de dépôt de matière par laser. La figure 4 représente schématiquement une fente 30 obturée par un matériau d’obturation, le matériau d’obturation venant typiquement combler l’évidement formé par la fente, de manière à ce que le corps d’aube 10 présente une géométrie finale similaire à celle d’un corps d’aube 10 qui serait dépourvu de fentes 30.
On note ici que les fentes 30 ainsi obturées ne sont pas soumises à des contraintes mécaniques élevées lors du fonctionnement de l’aube. En effet, l’obturation ainsi réalisées des fentes 30 n’est pas sollicitée par la masse centrifugée des capots 20 dans le cas d’un mouvement de rotation de l’aube 1. Les sollicitations sont reprises par les épaulements supérieurs 32, comme indiqué précédemment.
La structure d’aube telle que proposée et le procédé de réalisation associé permettent ainsi de s’affranchir des problématiques liées aux procédés conventionnels, à savoir éviter l’utilisation de noyaux céramiques liés par des tiges pour la réalisation des cavités internes et de la baignoire de l’aube.
Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des modifications et des changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés/mentionnés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.
Les capots 20 peuvent de manière optionnelle être percés, avant ou après leur insertion dans le corps d’aube 10, de manière à permettre un passage de flux entre les cavités internes et la baignoire de l’aube 1 ainsi délimitées. Les capots 20 peuvent être réalisés dans le même matériau que le corps d’aube 10, ou dans un matériau différent de celui du corps d’aube 10. A titre d’exemple, les capots 20 peuvent être réalisés dans un matériau poreux et/ou un matériau présentant une résistance élevée à l’oxydation.
Il est également évident que toutes les caractéristiques décrites en référence à un procédé sont transposables, seules ou en combinaison, à un dispositif, et inversement, toutes les caractéristiques décrites en référence à un dispositif sont transposables, seules ou en combinaison, à un procédé.

Claims (8)

  1. Aube (1) de turbine, comprenant:
    - un corps d’aube (10) comprenant des parois externes (12) définissant une face intrados (12I) et une face extrados (12X), et des parois internes (14) définissant au moins une cavité (16), le corps d’aube (10) s’étendant selon une direction principale (Z-Z) entre un pied d’aube (101) et un sommet d’aube (102), ledit corps d’aube (10) présentant au moins une fente (30) traversant une paroi externe (12), et présente un épaulement (32) adjacent à chacune desdites fentes (30), chaque épaulement (32) formant une butée selon la direction principale (Z-Z), selon un sens de déplacement allant du pied de l’aube (101) vers le sommet d’aube (102),
    - un ou plusieurs capots (20), chaque capot (20) étant inséré par une fente (30) du corps d’aube (10), de manière à venir au moins partiellement séparer une cavité (16) du corps d’aube (10) entre une cavité interne et une cavité externe, chaque capot (20) étant positionné en appui contre un desdits épaulements (32),
    dans laquelle chaque fente (30) du corps d’aube (10) est obturée par un matériau d’obturation.
  2. Aube (1) de turbine selon la revendication 1, dans lequel le corps d’aube (10) comprend une paire d’épaulements (32, 34) s’étendant dans un volume interne du corps d’aube (10) de part et d’autre de chaque fente (30), les épaulements (32, 34) de chaque paire d’épaulements étant disposés de part et d’autre de chaque capot (20) selon la direction principale (Z-Z).
  3. Aube (1) selon la revendication 2, dans laquelle les épaulements (32, 34) sont formés sur la paroi externe du corps d’aube (10) opposée à la paroi externe (12) présentant ladite au moins une fente (30).
  4. Aube (1) de turbine selon l’une des revendications 1 à 3, dans laquelle chaque épaulement (32, 34) s’étend sur toute une périphérie interne d’une cavité (16) du corps d’aube (10) selon une section perpendiculaire à la direction principale (Z-Z).
  5. Procédé de formation d’une aube (1) de turbine, dans lequel:
    - on forme par voie de fonderie un corps d’aube (10) comprenant des parois externes (12) définissant une face intrados et une face extrados, et des parois internes (14) définissant au moins une cavité (16), le corps d’aube (10) s’étendant selon une direction principale entre un pied d’aube (101) et une tête d’aube (102), ledit corps d’aube (10) présentant au moins une fente (30) traversant une paroi externe, et présentant un épaulement (32) formé dans le prolongement de chacune desdites fentes (30), chaque épaulement (32) formant une butée selon la direction principale (Z-Z), selon un sens de déplacement allant du pied de l’aube (101) vers la tête d’aube (102),
    - on forme un ou plusieurs capots (20),
    - on insère le capot (20) dans le corps d’aube (10) chaque capot (20) étant inséré via une fente (30) aménagée dans une paroi externe (12) du corps d’aube (10),
    - on obture lesdites fentes (30).
  6. Procédé de formation d’une aube (1) de turbine selon la revendication 5, dans lequel le corps d’aube (10) comprend une paire d’épaulements (32, 34) s’étendant de part et d’autre de chaque fente (30), les épaulements (32, 34) de chaque paire d’épaulements étant disposés de part et d’autre de chaque capot (20) selon la direction principale (Z-Z).
  7. Procédé de formation d’une aube (1) de turbine selon l’une des revendications 5 ou 6, dans lequel chaque épaulement (32, 34) s’étend sur toute une périphérie interne d’une cavité (16) du corps d’aube (10) selon une section perpendiculaire à la direction principale (Z-Z).
  8. Procédé de formation d’une aube (1) de turbine selon l’une des revendications 5 à 7, dans lequel lesdites fentes (30) sont obturées par brasage ou par dépôt de matière.
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