FR3120911A1 - Blade comprising a friction-resistant attachment member and impeller comprising such a blade of an axial turbine of a turbomachine - Google Patents
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Abstract
Aube mobile comprenant un pied d’aube résistant au frottement et roue mobile comprenant une telle aube d’une turbine axiale de turbomachine Un aspect de l’invention concerne un pied d’aube 50 comprenant d’une part une base 51 dans un premier matériau, comprenant deux flancs 51a et d’autre part au moins une couche de renfort 56a dans un matériau différent du premier matériau, la couche de renfort 56a formant une surface de portée sur au moins un flanc 51a destinée à venir en appui contre une surface de portée d’une alvéole du disque et en ce que le matériau de la couche de renfort 56a est un matériau anti-usure résistant aux frottements ayant une dureté et une résistance au matage plus grande que celle du premier matériau. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 4Moving blade comprising a friction-resistant blade root and moving wheel comprising such a blade of an axial turbine of a turbomachine One aspect of the invention relates to a blade root 50 comprising on the one hand a base 51 in a first material , comprising two flanks 51a and on the other hand at least one reinforcement layer 56a in a material different from the first material, the reinforcement layer 56a forming a bearing surface on at least one flank 51a intended to bear against a surface of scope of a cell of the disc and in that the material of the reinforcing layer 56a is an anti-wear material resistant to friction having a hardness and resistance to matting greater than that of the first material. Figure to be published with abstract: Figure 4
Description
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTIONTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
Le domaine technique de l’invention est celui des aubes de turbomachine, terrestre ou aéronautique, et plus particulièrement aux turboréacteurs d'avionThe technical field of the invention is that of turbine engine blades, land or aeronautics, and more particularly aircraft turbojets
La présente invention concerne les membres d’attaches d’aubes dans un logement d’un élément de turbomachine tel qu’un pied d’aube dans une alvéole.The present invention relates to blade attachment members in a housing of a turbomachine element such as a blade root in a cell.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTIONTECHNOLOGICAL BACKGROUND OF THE INVENTION
Classiquement, une turbine axiale de turbomachine se compose d’une succession d’étages axiaux (selon l’axe de circulation des flux de gaz) disposés les uns derrière les autres. Chaque étage comporte une roue mobile à aubes formant le rotor et un distributeur aubagé formant le stator. La roue mobile est mise en rotation en vis-à-vis du distributeur correspondant.Conventionally, an axial turbine of a turbomachine consists of a succession of axial stages (along the axis of circulation of the gas flows) arranged one behind the other. Each stage comprises a bladed impeller forming the rotor and a bladed distributor forming the stator. The mobile wheel is set in rotation vis-à-vis the corresponding distributor.
La roue mobile est classiquement constituée d’un disque annulaire centré sur l’axe de rotation de la roue, comprenant des alvéoles et une pluralité d’aubes mobiles comprenant chacune un membre d’attache appelé dans la suite un pied d’aube dans un logement en forme d’alvéole dédiée.The moving wheel is conventionally made up of an annular disc centered on the axis of rotation of the wheel, comprising cells and a plurality of moving blades each comprising an attachment member called in the following a blade root in a dedicated cell-shaped housing.
Dans les zones de contact entre le pied des aubes mobiles et l'alvéole logeant ce pied des disques, ils s'exercent plusieurs types de contraintes.In the contact zones between the root of the moving blades and the cell housing this root of the discs, several types of stresses are exerted.
On rencontre notamment le «fretting », c'est-à-dire l'usure de contact, qui est la conséquence du frottement répétitif d'une pièce sur une autre, les forces de friction résultantes pouvant engendrer un endommagement de la matière par différents processus de fatigue. Ce phénomène est particulièrement sensible dans le cas du contact entre deux pièces par exemple métalliques ou en CMC.In particular, "fretting" is encountered, i.e. contact wear, which is the consequence of the repetitive friction of one part on another, the resulting friction forces being able to cause damage to the material by various fatigue process. This phenomenon is particularly sensitive in the case of contact between two parts, for example metal or CMC.
Ces zones sont donc soumises à une importante tendance à l'endommagement du matériau, ainsi qu'à une usure des portées du pied d'aube qui sont les zones en contact avec la paroi de l'alvéole, voire une déformation de ces zones de contact.These zones are therefore subject to a significant tendency to damage the material, as well as to wear of the bearing surfaces of the blade root which are the zones in contact with the wall of the cell, or even a deformation of these zones of contact.
De plus, le niveau des contraintes locales est très élevé du fait du coefficient de frottement à l'interface entre les parois en contact du pied de l'aube et de l'alvéole, formée d'un contact métal/métal. Dans la suite, cette interface est appelée la portée du pied de l'aube et la portée de l'alvéole.In addition, the level of local stresses is very high due to the coefficient of friction at the interface between the walls in contact with the root of the blade and the cell, formed by a metal/metal contact. In the following, this interface is called the blade root span and the slot span.
Pour résoudre ces problèmes, on recherche notamment à renforcer la résistance à l'usure des surfaces en contact et à diminuer le coefficient de frottement.To solve these problems, the aim is in particular to reinforce the resistance to wear of the surfaces in contact and to reduce the coefficient of friction.
Pour ce faire, généralement on utilise une pièce de protection qui peut être un consommable, formée d'un ou de plusieurs clinquants métalliques chaussant le pied de l'aube.To do this, generally a protective part is used which can be a consumable, formed of one or more metal foils fitting the foot of the blade.
Avec ce type de solution, on parvient à diminuer le coefficient de frottement et l’on peut changer le clinquant à la place d’une aube entière.With this type of solution, we manage to reduce the coefficient of friction and we can change the foil instead of a whole blade.
Par exemple, le document EP2042689A1 propose de recourir à un montage avec un clinquant métallique entre un pied d’aube et un disque.For example, document EP2042689A1 proposes using an assembly with a metal foil between a blade root and a disk.
Un exemple connu de clinquant 10 du type précité est représenté sur la
Il comprend également à l’extrémité 12a, une languette de maintien 16. La languette de maintien 16 s'étend à partir du bord 12a de la base 12 et est rabattue entre les branches 14.It also includes at the end 12a, a retaining tab 16. The retaining tab 16 extends from the edge 12a of the base 12 and is folded down between the branches 14.
Le clinquant 10 de l’art antérieur comprend une deuxième languette de maintien 16, la deuxième étant située à la deuxième extrémité et étant rabattue après le montage du pied d’aube dans l’alvéole.The shim 10 of the prior art comprises a second retaining tongue 16, the second being located at the second end and being folded down after the assembly of the blade root in the cell.
Les branches 14 sont ondulées et ont la forme d’un bulbe d’un pied d‘aube telles que leurs extrémités longitudinale 141 s’étendant axialement se situent dans l’alvéole du disque. Les branches 14 sont comprimées entre des portées des pieds d’aubes et des portées de l’alvéole, sous l'effet des efforts centrifuges lors de la rotation de l'ensemble 20.The branches 14 are wavy and have the shape of a bulb of a foot of blade such that their longitudinal ends 141 extending axially are located in the cell of the disc. The branches 14 are compressed between bearing surfaces of the blade roots and bearing surfaces of the cell, under the effect of centrifugal forces during the rotation of the assembly 20.
La
Chaque dent 31 du disque 3 est formée entre deux alvéoles 30 recevant un pied d’aube 20. L’alvéoles 30 comprend donc de part et d’autre un portant 32 et un fond 302.Each tooth 31 of disc 3 is formed between two cells 30 receiving a blade root 20. Cell 30 therefore comprises on either side a bearing 32 and a base 302.
Le pied d’aube 20 comprend une partie externe 200 non entourée par le clinquant 10 et une partie interne 201 entourée par le clinquant 10.The blade root 20 comprises an outer part 200 not surrounded by the foil 10 and an inner part 201 surrounded by the foil 10.
La base 12 du clinquant 10 comprend un fond 100 faisant face au fond 302 de l’alvéole 30. Un espace E est formé dans cet exemple entre le fond 302 et le fond 100 mais il peut recevoir une cale.The base 12 of the shim 10 comprises a bottom 100 facing the bottom 302 of the cell 30. A space E is formed in this example between the bottom 302 and the bottom 100 but it can receive a wedge.
Il a été constaté dans certaine situation de possibles désengagements axiaux du clinquant 10 lors de l’ailettage de la roue mobile ou en fonctionnement moteur à la suite d’une rupture ou un déplie d’une des languettes de maintien 16 d’un tel clinquant 10 . La
Il est connu aussi dans le document EP1764480A1 un clinquant dont la languette est formée par deux pattes s’étendant des extrémités des branches, reliées ensemble par une pièce de liaison par soudage ou rivetage ou emboitement. Une telle languette entraîne un surcoût de production et en outre même si la pièce de liaison permet d’augmenter la résistance de la languette, elle n’empêche pas la rupture d’une des pattes de la languette au niveau de l’extrémité d’une des deux branches.It is also known in the document EP1764480A1 a foil whose tongue is formed by two tabs extending from the ends of the branches, connected together by a connecting piece by welding or riveting or interlocking. Such a tongue entails additional production costs and, moreover, even if the connecting piece makes it possible to increase the resistance of the tongue, it does not prevent the breakage of one of the tabs of the tongue at the end of the one of the two branches.
Il est connu aussi des clinquants notamment dans le document EP EP2042689A1 déposée par la demanderesse, comprenant une languette repliée vers le rotor plutôt que vers l’aube, cependant la languette est toujours susceptible de se déplier ou de se déchirer et entraîner l’usure d’au moins une portion de l’aube. En outre dans ce document, il existe une cale entre le clinquant et le fond de l'alvéole du disque. Le clinquant comprend donc sa base entre la cale et une surface du pied d’aube. Un verrou est monté retenu entre un rebord amont de la cale et le pied d'aube, de sorte que la languette de maintien est retenue entre le verrou et le pied d'aube, ce qui permet d'empêcher le déplacement axial du clinquant par rapport au pied d'aube.Foils are also known, in particular in document EP EP2042689A1 filed by the applicant, comprising a tongue folded towards the rotor rather than towards the blade, however the tongue is always likely to unfold or tear and cause wear of the at least a portion of dawn. Furthermore in this document, there is a spacer between the foil and the bottom of the cavity of the disc. The shim therefore comprises its base between the spacer and a surface of the blade foot. A latch is mounted retained between an upstream edge of the wedge and the blade root, so that the retaining tongue is retained between the lock and the blade root, which makes it possible to prevent the axial displacement of the shim by compared to the foot of dawn.
Cependant, cette solution est difficile à mettre en place et n’est pas toujours possible pour des raisons d’encombrement et de résistance mécanique de l’aube ou du disque.However, this solution is difficult to implement and is not always possible for reasons of bulk and mechanical strength of the blade or the disc.
En outre, la liaison entre un membre d’attache d’aube fixe d’un distributeur aubagé formant le stator, assemblée sur un flasque du stator peut entraîner une usure de ces pièces du fait de très légers mouvements l’un par rapport à l’autre (membre d’attache appelé aussi jambe et le flasque comprenant le logement, appelé aussi pince, logeant le membre d’attache,). Les mouvements sont engendrés par un jeu entre ces deux pièces pour des raisons de dilatations thermiques et des vibrations de la turbomachine, entraînant des frottements entre ce membre d’attache et le flasque impliquant des maintenances ou des changements de pièces couteuses.In addition, the connection between a stationary blade attachment member of a bladed distributor forming the stator, assembled on a flange of the stator can cause wear of these parts due to very slight movements relative to each other. 'other (attachment member also called leg and the flange comprising the housing, also called clamp, housing the attachment member,). The movements are generated by a clearance between these two parts for reasons of thermal expansion and vibrations of the turbomachine, resulting in friction between this attachment member and the flange involving maintenance or changes of costly parts.
Il existe donc un besoin de réduire ou supprimé le « fretting », c'est-à-dire l'usure de contact du pied d’aubes qui est la conséquence du frottement répétitif entre les portées du pied d’aube et les portées de l’alvéole du disque sans augmenter l’encombrement notamment axial de l’ensemble comprenant le disque et une aube mobile.There is therefore a need to reduce or eliminate "fretting", that is to say the contact wear of the blade root which is the consequence of repetitive friction between the bearing surfaces of the blade root and the bearing surfaces. the cavity of the disk without increasing the size, in particular axial, of the assembly comprising the disk and a moving blade.
L’invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en protégeant le pied d’aube contre le «fretting » en se dispensant d’un clinquant.The invention offers a solution to the problems mentioned above, by protecting the blade root against "fretting" by dispensing with foil.
Un aspect de l’invention concerne une aube comprenant une pâle et un membre d’attache destiné à être monté dans un logement d’un élément de turbomachine, le membre d’attache comprenant une base dans un premier matériau, la base comprenant au moins un flanc destiné à former une portée contre une surface du logement, caractérisé en ce que le membre d’attache comprend au moins une couche de renfort dans un matériau différent du premier matériau, la couche de renfort formant une surface de portée sur au moins un flanc, destinée à venir en appui contre une surface du logement et en ce que le matériau de la couche de renfort est un matériau anti-usure résistant aux frottements ayant une dureté et une résistance au matage plus grande que celle du premier matériau.One aspect of the invention relates to a blade comprising a blade and an attachment member intended to be mounted in a housing of a turbomachine element, the attachment member comprising a base made of a first material, the base comprising at least a sidewall intended to form a bearing surface against a surface of the housing, characterized in that the attachment member comprises at least one reinforcing layer in a material different from the first material, the reinforcing layer forming a bearing surface on at least one sidewall, intended to bear against a surface of the housing and in that the material of the reinforcing layer is an anti-wear material resistant to friction having a greater hardness and resistance to matting than that of the first material.
Grâce à l’invention, en ajoutant une couche de renfort sur une zone de contact d’usure du membre d’attache pouvant être un pied d’aube mobile dans un logement d’un disque en forme d’alvéole ou une jambe d’une aube fixe d’un stator dans un logement en forme de pince d’une flasque, il n’est plus nécessaire de clinquant et donc il n’y a plus de risque d’arrachage, de désengagement axial du clinquant. Cette couche de renfort peut bien entendu s’user aussi par frottement « fretting » avec la portée de l’alvéole mais un matériau anti-usure peut être ajoutée sur la couche de renfort usée pour la reformée. Une telle couche de renfort est donc déposée sur la base dans un autre matériau formant un membre d’attache monobloc (c’est-à-dire une seule pièce).Thanks to the invention, by adding a reinforcing layer to a wear contact zone of the attachment member, which may be a mobile blade root in a housing of a cell-shaped disc or a a fixed vane of a stator in a clamp-shaped housing of a flange, it is no longer necessary for foil and therefore there is no longer any risk of tearing, of axial disengagement of the foil. This reinforcement layer can of course also be worn by “fretting” friction with the surface of the cell, but an anti-wear material can be added to the worn reinforcement layer for reforming it. Such a reinforcing layer is therefore deposited on the base in another material forming a one-piece attachment member (that is to say a single piece).
Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, l’aube selon un aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :In addition to the characteristics which have just been mentioned in the previous paragraph, the blade according to one aspect of the invention may have one or more additional characteristics among the following, considered individually or according to all technically possible combinations:
Selon un mode de réalisation, la couche de renfort comprend des traces de soudure rectifiée par usinage.According to one embodiment, the reinforcing layer comprises traces of weld rectified by machining.
Selon un mode de réalisation, la couche de renfort comprend des traces de soudure réalisée à l’arc notamment réalisée par TIG. Autrement dit la couche de renfort comprend des traces de réalisation à l’arc. Par exemple une couche de métal déposée comme diffusée, dans l’alliage nickel notamment est visible à l’œil nu même après rectification. Il est possible aussi de réaliser des contrôles de ressuage pour vérifier la liaison entre les deux alliages.According to one embodiment, the reinforcing layer comprises traces of arc welding, in particular carried out by TIG. In other words, the reinforcement layer includes traces of arcing. For example, a layer of metal deposited as diffused, in the nickel alloy in particular, is visible to the naked eye even after rectification. It is also possible to carry out bleeding checks to check the bond between the two alloys.
Selon un mode de réalisation, le matériau de la couche de renfort peut être un alliage dont le métal d’apport principal est du Cobalt. Autrement dit, l’alliage est à base de Cobalt.According to one embodiment, the material of the reinforcing layer may be an alloy whose main filler metal is cobalt. In other words, the alloy is based on Cobalt.
Selon un exemple de ce mode de réalisation, le matériau de la couche de renfort comprend au moins 10% de chrome. Par exemple le matériau est un alliage Stellite®, par exemple du type ayant la classification en KC28WN ou KD28CS.According to an example of this embodiment, the material of the reinforcing layer comprises at least 10% chromium. For example, the material is a Stellite® alloy, for example of the type having the classification KC28WN or KD28CS.
Le stellite est une famille d'alliages de cobalt entièrement amagnétiques et résistants à la corrosion et comprend une bonne résistance aux frottements à une température nominale d’une roue mobile d’une turbomachine.Stellite is a family of fully non-magnetic and corrosion-resistant cobalt alloys and includes good frictional resistance at the nominal temperature of a turbine engine impeller.
Selon un mode de réalisation, la base du membre d’attache est dans un matériau à base Nickel.According to one embodiment, the base of the attachment member is in a nickel-based material.
Selon un mode de réalisation, la base comprend deux flancs et en ce que le membre d’attache comprend une couche de renfort sur chaque flanc de la base.According to one embodiment, the base comprises two flanks and in that the attachment member comprises a reinforcing layer on each flank of the base.
Selon un mode de réalisation, le membre d’attache est un pied d’aube d’une aube mobile, destiné à être monté dans une alvéole formant le logement d’un disque formant l’élément de turbomachine.According to one embodiment, the attachment member is a blade root of a moving blade, intended to be mounted in a cell forming the housing of a disk forming the turbomachine element.
Selon un mode de réalisation, est une jambe d’une aube fixe, destinée à être montée dans un flasque formant le logement, d’un stator formant l’élément de turbomachineAccording to one embodiment, is a leg of a fixed blade, intended to be mounted in a flange forming the housing, of a stator forming the turbomachine element
L’invention concerne aussi une roue mobile d’une turbomachine comprenant au moins une aube selon l’invention avec ou sans une ou des caractéristiques décrites précédemment, et un disque comprenant au moins une alvéole, dans laquelle le membre d’attache est un pied d’aube monté dans un logement formant une alvéole correspondante d’un disque et en ce que la couche de renfort est en contact avec la surface de portée de l’alvéole en fonctionnement.The invention also relates to a moving wheel of a turbine engine comprising at least one blade according to the invention with or without one or more characteristics described previously, and a disc comprising at least one cell, in which the attachment member is a foot blade mounted in a housing forming a corresponding cell of a disc and in that the reinforcing layer is in contact with the bearing surface of the cell in operation.
Selon un mode de réalisation, le pied d’aube comprend une couche de renfort sur chaque flanc de la base chacune en contact avec une surface de portée de l’alvéole en fonctionnement.According to one embodiment, the blade root comprises a reinforcing layer on each side of the base, each in contact with a bearing surface of the cell in operation.
L’invention concerne aussi un procédé de dépôt d’une couche de renfort en matériau anti-usure formant une portée d’un membre d’attache d’une aube de l’invention comprenant:
- une étape d’identification d’une zone de surface de portée sur un flanc de la base du membre d’attache,
- une étape de soudure du matériau anti-usure sur la zone de surface de portée identifiée pour former une couche de renfort brute,
- une étape de rectification finale de la couche de renfort brute sur le membre d’attache pour former une couche de renfort formant la portée du membre d’attache.
- a step of identifying a bearing surface area on a flank of the base of the attachment member,
- a step of welding the anti-wear material on the identified bearing surface area to form a raw reinforcement layer,
- a step of final rectification of the raw reinforcement layer on the attachment member to form a reinforcement layer forming the span of the attachment member.
Selon un mode de réalisation, l’étape de rectification de la couche de renfort brute du pied d’aube permet en outre de rectifier une forme de bulbe du pied d’aube.According to one embodiment, the step of grinding the rough reinforcing layer of the blade root also makes it possible to grind a bulbous shape of the blade root.
Selon un autre mode de réalisation, le procédé comprend en outre :
- une première étape de rectification grossière en forme de bulbe avant l’étape de soudure et en ce que l’étape de rectification après l’étape de soudure est une étape de rectification de finition de la couche de renfort brute du membre d’attache,
- dans lequel l’étape de rectification finale comprend une sous étape d’ajustement une étape d’ajustement pour ajuster par rayonnage ou cassage des angles du membre d’attache.
- a bulb-shaped first coarse grinding step before the welding step and in that the grinding step after the welding step is a finishing grinding step of the rough reinforcement layer of the attachment member,
- wherein the final grinding step includes an adjustment sub-step an adjustment step for adjusting by shelving or breaking the angles of the attachment member.
Selon un mode de réalisation, l’étape de rectification de la couche de renfort brute du pied d’aube est réalisée par meulage.According to one embodiment, the step of grinding the rough reinforcement layer of the blade root is carried out by grinding.
Selon un mode de réalisation, l’étape de soudure est réalisée par TIG.According to one embodiment, the welding step is carried out by TIG.
L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent.The invention and its various applications will be better understood on reading the following description and examining the accompanying figures.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURESBRIEF DESCRIPTION OF FIGURES
Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention.The figures are presented for information only and in no way limit the invention.
Claims (10)
- une étape d’identification (E1) d’une zone de surface de portée sur un flanc (51a, 51b) de la base (51) du membre d’attache (50),
- une étape de soudure (E2) du matériau anti-usure sur la zone de surface de portée identifiée pour former une couche de renfort brute,
- une étape de rectification finale (E3) de la couche de renfort brute sur le membre d’attache (50) pour former une couche de renfort (56a, 56b) formant la portée du membre d’attache (50).
- a step of identifying (E1) a bearing surface area on a flank (51a, 51b) of the base (51) of the attachment member (50),
- a step of welding (E2) the anti-wear material on the identified bearing surface zone to form a raw reinforcement layer,
- a step of final rectification (E3) of the raw reinforcement layer on the attachment member (50) to form a reinforcement layer (56a, 56b) forming the span of the attachment member (50).
- une première étape de rectification (E10) grossière en forme de bulbe avant l’étape de soudure (E2) et en ce que l’étape de rectification (E3) après l’étape de soudure (E2) est une étape de rectification de finition de la couche de renfort brute du membre d’attache,
- dans lequel l’étape de rectification finale (E3) comprend une sous étape d’ajustement (E30) pour ajuster par rayonnage ou cassage des angles du membre d’attache.
- a bulbous first rough grinding step (E10) before the welding step (E2) and in that the grinding step (E3) after the welding step (E2) is a finish grinding step the raw reinforcing layer of the attachment member,
- wherein the final grinding step (E3) includes an adjustment sub-step (E30) for adjusting by shearing or breaking the angles of the attachment member.
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