FR3136009A1 - Procede de fabrication d’un carter annulaire de turbomachine avec bossages - Google Patents

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Bruno Marie-Joseph Anne Padoue HAENTJENS
Erwan Pierre Antoine PERSE
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Safran Aircraft Engines SAS
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Abstract

L’invention concerne un procédé de fabrication d’un carter annulaire de turbomachine, comportant : - au moins une étape (ET1) de réalisation d’un corps annulaire, - au moins une étape (ET2) de réalisation d’au moins un bossage en saillie sur la surface externe usinée du corps, caractérisé en ce que l’étape (ET1) de réalisation du corps est effectuée par laminage et tournage et en ce que l’étape (ET2) de réalisation de l’au moins un bossage est effectuée par fabrication additive, postérieurement à l’étape de réalisation dudit corps. Figure pour l'abrégé : Figure 6

Description

PROCEDE DE FABRICATION D’UN CARTER ANNULAIRE DE TURBOMACHINE AVEC BOSSAGES Domaine technique de l'invention
L’invention concerne un procédé de fabrication d’un carter annulaire de turbomachine, notamment un carter annulaire formant une virole extérieure d’un carter intermédiaire de turbomachine, ce carter annulaire comportant au moins un bossage apte à recevoir un interface d’un organe de la turbomachine.
 Arrière-plan technique
Un turboréacteur à double flux pour la propulsion d'un aéronef comporte généralement une soufflante amont délivrant un flux d'air annulaire. La soufflante est contenue dans un carter de soufflante. En aval de la soufflante se trouve un carter intermédiaire comportant un moyeu interne et un carter annulaire ou virole annulaire externe réunis par des bras structurels et des aubes directrices de sortie, connues sous l’acronyme anglo-saxon de « outlet guide vanes » ou OGV.
Le flux d'air annulaire est divisé, en aval de la soufflante, par le moyeu intermédiaire annulaire en un flux primaire, qui alimente un moteur entraînant la soufflante, et en un flux secondaire qui circule autour du moteur puis qui est éjecté dans l'atmosphère tout en fournissant une fraction importante de la poussée du turboréacteur.
Le carter annulaire comporte conventionnellement, sur sa surface externe des bossages configurés pour former des interfaces de fixation d’équipements ou de supports de suspension du carter.
Le carter annulaire, conventionnellement, est réalisé par un assemblage par soudage de secteurs angulaires de carter issus de fonderie. Ces secteurs angulaires sont usinés sur leurs bords pour permettre un ajustement aussi précis que possible des secteurs les uns aux autres et certains de ceux-ci comportent des bossages réalisés lors du moulage, qui doivent également être usinés, pour y former des surfaces et des orifices permettant la fixation d’équipements ou de supports de suspension du carter.
Cette conception donne globalement satisfaction mais présente différents inconvénients.
Les pièces issues de fonderie sont lourdes, de par la nécessité de présenter une rigidité structurelle suffisante et de disposer de surépaisseurs suffisantes pour les usinages ultérieurs.
Les pièces issues de fonderie représentent un coût élevé et leur usinage par fraisage entraîne également des coûts élevés.
Enfin, les étapes de fonderie, fraisage, ajustage et soudage des différents secteurs, de par leur durées cumulées, génèrent des délais d’industrialisation importants.
Il existe donc un réel besoin pour une fabrication simplifiée du carter annulaire de ce carter, permettant d’en réduire les coûts et les durées de production.
L’invention parvient à ce but en proposant une nouvelle conception d’un carter réalisé par laminage et tournage sur lequel les bossages sont rapportés par un procédé de fabrication additive.
Dans ce but, l’invention propose un procédé de fabrication d’un carter annulaire de turbomachine, comportant :
- au moins une étape de réalisation d’un corps annulaire,
- au moins une étape de réalisation d’au moins un bossage en saillie sur une surface externe usinée du corps,
caractérisé en ce que l’étape de réalisation du corps est effectuée par laminage et tournage et en ce que l’étape de réalisation dudit au moins un bossage est effectuée par fabrication additive. postérieurement à l’étape de réalisation dudit corps.
Selon d’autres caractéristiques du procédé :
- la fabrication additive est du type Laser Metal Deposition LMD ;
- le procédé comporte une étape suivante d’usinage et de finition dudit au moins un bossage ;
- l’étape d’usinage et de finition dudit au moins un bossage comporte au moins la réalisation sur ledit bossage d’une surface sensiblement perpendiculaire à une direction radiale par rapport à un axe principal du carter, et la réalisation d’au moins un orifice dans ladite surface, orienté suivant ladite direction radiale,
- ledit au moins un bossage est configuré pour former un interface de fixation d’un équipement ou d’un support de suspension dudit carter,
- ladite surface et ledit perçage sont configurés pour coopérer avec ledit un équipement ou ledit support de suspension dudit carter pour leur fixation,
- au cours de l’étape de réalisation du corps annulaire on forme par laminage des éléments annulaires en saillie de la surface annulaire externe du corps, puis on usine au tour lesdits éléments annulaires, et
- les éléments annulaires sont des brides de fixation et/ou des raidisseurs dudit carter.
L’invention concerne aussi une turbomachine à double flux comportant une soufflante et en aval de ladite soufflante un carter intermédiaire obtenu par un procédé du type décrit précédemment.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
la est une vue en coupe d’un turboréacteur ;
la est une vue éclatée en perspective d’un carter annulaire selon l’état de la technique ;
la est une demi-vue en coupe axiale d’un corps d’un carter annulaire selon l’invention ;
la est une vue en perspective de détail d’un bossage réalisé sur un carter annulaire selon l’invention ;
la est une vue en perspective du carter annulaire selon l’invention ;
la est un diagramme-bloc illustrant les étapes d’un procédé de fabrication selon l’état de la technique ; et
la est un diagramme-bloc illustrant les étapes d’un procédé de fabrication selon l’invention.
 Description détaillée de l'invention
On a représenté à la une turbomachine 10 à double flux d’axe X ou turboréacteur 10. De manière connue le turboréacteur 10 comporte, d’amont en aval, une soufflante 12 entourée par un carter 11 qui aspire un flux d’air principal F et en aval de celle-ci un carter intermédiaire 14 qui subdivise le flux F en un flux primaire P et un flux d’air secondaire S.
Le flux primaire circule dans une veine primaire 16 et traverse successivement un compresseur basse pression 18, un compresseur haute pression 20, une chambre de combustion 22 où l’air est mélangé avec du carburant puis enflammé pour fournir des gaz à haute énergie, une turbine haute pression 24, une turbine basse pression 26, et une tuyère 28.
Le flux secondaire S circule autour d’un noyau 30 du turboréacteur dans une veine secondaire 32.
Le carter intermédiaire 14 comporte un moyeu 32 et un carter annulaire ou virole 34 qui sont reliés par des aubes directrices de sortie, aussi connues sous l’acronyme anglo-saxon d’OGV pour « outlet guide vanes » (non représentées sur le ) et par des bras structuraux 36.,
Un tel carter annulaire 34 externe est obtenu par un procédé comportant au moins une étape de réalisation d’un corps annulaire 44 et au moins une étape de réalisation d’au moins un bossage 46 de la turbomachine en saillie sur une surface externe 48 dudit corps 44.
Conventionnellement, ces deux étapes sont concomitantes et font l’objet d’une opération de fonderie.
En effet comme l’illustre la , un carter annulaire externe 34 ou virole est réalisé sous la forme d’un assemblage de secteurs angulaires 40 de carter qui sont issus de fonderie et qui sont assemblés par soudage de leurs bords 42 parallèles à la direction axiale X.
Comme on peut le voir sur la , la réunion des secteurs angulaires détermine le corps annulaire 44 du carter 34.
Au moins un secteur 40a, parmi les secteurs 40, comporte par exemple au moins un bossage 46 de la turbomachine, lui aussi issu de fonderie, qui fait saillie sur la surface externe 48 du corps 44.
Un tel bossage 46 est destiné, après usinage, à former un interface de fixation d’un équipement ou d’un support de suspension du carter.
On comprendra donc que, comme l’illustre la , le carter 34 est réalisé au cours d’au moins une étape ET1 de réalisation d’un corps annulaire 44 par fonderie des secteurs 40 qui est concomitante avec au moins une étape ET2 de réalisation par fonderie de l’au moins un bossage 46.
Cette conception donne globalement satisfaction mais présente différents inconvénients.
Les secteurs angulaires 40, 40a issus de fonderie sont des pièces lourdes, de par la nécessité de présenter une rigidité structurelle suffisante et de disposer de surépaisseurs suffisantes pour les usinages ultérieurs. En effet, l’assemblage des bords 42 par soudage suppose une épaisseur minimale de ceux-ci. De plus, ces pièces, puisqu’issues de fonderie, représentent un coût d’industrialisation élevé, et leur usinage par fraisage entraîne également des coûts élevés.
Enfin, les étapes de fonderie, fraisage, ajustage et soudage des différents secteurs angulaires 40, de par leur durées cumulées, génèrent des délais d’industrialisation importants.
Il existe donc un réel besoin pour une conception simplifiée du carter annulaire carter 34, permettant d’un réduire les coûts et les durées de production.
L’invention remédie à ces inconvénients en proposant un procédé de fabrication d’un carter annulaire 34 de turbomachine, comportant, comme précédemment et comme l’illustre la , au moins une étape ET1 de réalisation du corps annulaire 44, et au moins une étape ET2 de réalisation de l’au moins un bossage 46 de la turbomachine en saillie sur la surface externe 48 dudit corps 44.
Toutefois, à la différence du procédé issu de l’état de la technique, l’étape ET1 de réalisation du corps 44 est effectuée par laminage et tournage et l’étape ET2 de réalisation dudit au moins un bossage 46 n’est pas réalisée concomitamment à l’étape ET1 mais est effectuée postérieurement à l’étape ET1.
Avantageusement, au cours de cette étape ET2, la réalisation de l’au moins un bossage est effectuée par fabrication additive.
La illustre le profil en coupe axiale du corps 44 du carter annulaire 34 obtenu à l’issue de l’étape de laminage et de tournage. Cette technologie étant largement connue de l’état de la technique, elle ne sera pas plus décrite dans la présente invention. Elle permet le formage par laminage d’éléments annulaires 45 en saillie de la surface externe 48 du corps 44, puis l’usinage au tour de ces éléments annulaires 45. Ces éléments annulaires 45, aussi visibles à la , sont des brides de fixation et/ou des raidisseurs du carter 34.
Un détail d’un carter 34 obtenu selon ce procédé a été représenté à la . Sur cette figure on voit un bossage 46, brut de fabrication additive, rapporté sur la surface externe 48 du corps 44.
De préférence, la fabrication additive réalisée ici est du type Laser Metal Deposition LMD. Selon cette technologie, une poudre métallique est projetée et fondue par un faisceau laser en sortie d’une buse haute pression d’une tête de rechargement, par couches successives, pour constituer chaque bossage 46.
Pour que chaque bossage puisse être utilisé aux fins d’interface de fixation d’un équipement ou d’un support de suspension dudit carter, comme l’illustre la , le procédé selon l’invention comporte avantageusement une étape suivante ET3 d’usinage et de finition du bossage 46.
Au cours de cette étape ET3, comme l’illustre la , on réalise au moins sur le bossage 46 une surface 50 sensiblement perpendiculaire à une direction radiale R par rapport à un axe X principal du carter 34, et au moins un orifice 52 dans cette surface 50, orienté suivant la direction radiale R.
Le bossage 46 ainsi usiné permet de former un interface de fixation d’un équipement ou d’un support de suspension dudit carter, tel qu’un capteur de pression ou de vitesse, ou encore un support de suspension du carter 34 à un treillis de bielles reliées à un pylône supportant la turbomachine. L’équipement ou le support de suspension peuvent ainsi prendre appui sur la surface 50 et être verrouillés contre la surface 50 par l’intermédiaire d’un système de verrouillage coopérant avec l’orifice 52, tel qu’un système vis-écrou ou une bride.
L’invention permet donc d’obtenir un carter annulaire 34 muni de bossages 46 avec un coût réduit.

Claims (9)

  1. Procédé de fabrication d’un carter annulaire (14) de turbomachine, comportant :
    - au moins une étape (ET1) de réalisation d’un corps annulaire (34),
    - au moins une étape (ET2) de réalisation d’au moins un bossage (46) en saillie sur une surface externe usinée du corps (44),
    caractérisé en ce que l’étape de réalisation du corps (44) est effectuée par laminage et tournage et en ce que l’étape (ET2) de réalisation de l’au moins un bossage (46) est effectuée par fabrication additive, postérieurement à l’étape de réalisation dudit corps (44).
  2. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la fabrication additive est du type Laser Metal Deposition LMD.
  3. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte une étape (ET3) suivante d’usinage et de finition dudit au moins un bossage (46).
  4. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’étape (ET3) d’usinage et de finition dudit au moins un bossage (46) comporte au moins la réalisation sur ledit bossage d’une surface (50) sensiblement perpendiculaire à une direction radiale (R) par rapport à un axe (X) principal du carter, (34) et la réalisation d’au moins un orifice (52) dans la surface (50), orienté suivant ladite direction radiale (R).
  5. Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit au moins un bossage (46) est configuré pour former un interface de fixation d’un équipement ou d’un support de suspension dudit carter (34).
  6. Procédé de fabrication selon la revendication précédente prise en combinaison avec la revendication 4, caractérisé en ce que ladite surface (50) et ledit perçage (54) sont configurés pour coopérer avec ledit un équipement ou ledit support de suspension dudit carter (34) pour leur fixation.
  7. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’au cours de l’étape (ET1) de réalisation du corps annulaire on forme par laminage des éléments annulaires (45) en saillie de la surface annulaire externe (48) du corps (34), puis on usine au tour lesdits éléments (45) annulaires.
  8. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les éléments annulaires (45) sont des brides de fixation et/ou des raidisseurs dudit carter.
  9. Turbomachine (10) à double flux comportant une soufflante (12) et en aval de ladite soufflante un carter intermédiaire (34) obtenu par un procédé selon l’une des revendications 6 à 8.
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