FR3136012A1

FR3136012A1 - Aube de turbomachine, turbomachine et procédé de fabrication de l’aube

Info

Publication number: FR3136012A1
Application number: FR2205208A
Authority: FR
Inventors: Damien Laberny; Loïs Pierre Denis VIVE; Alexandre Hervé René MONTPELLAZ; Fabrice Iparaguirre
Original assignee: Safran Helicopter Engines SAS
Current assignee: Safran Helicopter Engines SAS
Priority date: 2022-05-31
Filing date: 2022-05-31
Publication date: 2023-12-01
Also published as: WO2023233096A1

Abstract

Aube (1) de turbomachine comprenant : une enveloppe externe (10) comprenant une paroi intrados (11) et une paroi extrados (12) délimitant entre elles un volume intérieur, un insert (30) disposé dans le volume intérieur de façon à former un passage d’air (40) entre l’insert (30) et l’enveloppe externe (10); et au moins une partie sécable de jonction (20), reliée d’une part à l’insert (30) et d’autre part à l’enveloppe externe (10); dans laquelle une au moins parmi la résistance mécanique à la rupture de la partie sécable de jonction (20), la résistance mécanique à la rupture entre la partie sécable de jonction (20) et l’enveloppe externe (10) et la résistance mécanique à la rupture entre la partie sécable de jonction (20) et l’insert (30) est inférieure à la résistance mécanique à la rupture de l’enveloppe externe (10) et à la résistance mécanique à la rupture de l’insert (30). Figure pour l’abrégé : Fig. 3B.

Description

Aube de turbomachine, turbomachine et procédé de fabrication de l’aube

Le présent exposé concerne des aubes de turbomachine, en particulier des aubes de distributeur haute pression de turbomachine.

On connait des aubes de distributeur haute pression de turbomachine, permettant de guider le flux de gaz chaud issu de la chambre de combustion afin d’entraîner des turbines et munies de circuits de refroidissement permettant de préserver l’intégrité des aubes même soumises à des températures de fonctionnement extrêmes.

On utilise des aubes creuses dans lesquelles on rapporte des inserts pour obtenir une meilleure distribution des flux de gaz de refroidissement au sein de l’aube et ainsi un meilleur refroidissement de l’aube. Les inserts peuvent être fixés en tête ou en pied d’aube, l’insert et l’aube étant alors indépendants sur la plupart de la hauteur de l’aube.

Pour optimiser la géométrie et réduire les coûts, il serait intéressant de fabriquer l’aube et l’insert ensemble. Cependant, l’absence de continuité de matière entre l’insert et une partie extérieure de l’aube peut alors entraîner des déformations qui résultent en l’apparition de fissures au sein de l’aube, ou encore un non respect de tolérances de fabrication et ainsi un mauvais écoulement de flux de gaz de refroidissement. Ces problématiques associées à la fabrication de l’aube sont d’autant plus présentes dans le cas d’une fabrication par des méthodes additives.

Toutefois, prévoir une continuité de matière entre l’insert et une partie extérieure de l’aube peut entraîner une transmission de contraintes entre des pièces soumises à des contraintes thermomécaniques extrêmes en fonctionnement de la turbomachine, pouvant ainsi engendrer une rupture au sein de l’aube, l’insert et une partie extérieure de l’aube.

Le présent exposé vise à proposer une aube de turbomachine dont la fabrication est facilitée sans dégrader ses performances en fonctionnement de la turbomachine.

A cet effet, le présent exposé concerne une aube de turbomachine comprenant :
une enveloppe externe comprenant une paroi intrados et une paroi extrados délimitant entre elles un volume intérieur,
un insert disposé dans le volume intérieur de façon à former un passage d’air entre l’insert et l’enveloppe externe; et
au moins une partie sécable de jonction, reliée d’une part à l’insert et d’autre part à l’enveloppe externe; dans laquelle
une au moins parmi la résistance mécanique à la rupture de la partie sécable de jonction, la résistance mécanique à la rupture entre la partie sécable de jonction et l’enveloppe externe et la résistance mécanique à la rupture entre la partie sécable de jonction et l’insert est inférieure à la résistance mécanique à la rupture de l’enveloppe externe et à la résistance mécanique à la rupture de l’insert.

La paroi intrados et la paroi extrados peuvent se rejoindre au niveau d’un bord d’attaque d’une part, et d’un bord de fuite d’autre part. La section de l’enveloppe externe peut être fermée, par exemple vue dans un plan de coupe transversal à la direction générale selon laquelle l’aube s’étend. La section de l’enveloppe externe peut être sensiblement fermée, par exemple fermée à l’exception d’orifices de refroidissement localisés permettant par exemple un refroidissement par film d’air.

On entend par passage d’air un volume continu entre une entrée et une sortie distincte de l’entrée autorisant le passage d’air ou de tout autre fluide entre l’entrée et la sortie.

On entend par rupture entre deux pièces une rupture complète ou une rupture partielle de la liaison entre les deux pièces. On entend par rupture entre deux parties d’une pièce une rupture complète ou une rupture partielle entre lesdites deux parties.

On entend par résistance mécanique à la rupture, la résistance mécanique à la rupture en réponse à des contraintes thermiques ou mécaniques, par exemple un effort simple ou composé, répété ou non, notamment en traction, en compression, en cisaillement, et/ou en flexion, ou tout autre mode de chargement connu de l’homme du métier.

Dans le cas d’une contrainte impliquant la partie sécable de jonction, on comprend par résistance à la rupture de l’enveloppe externe la résistance à la rupture d’une région de l’enveloppe externe également sollicitée par ladite contrainte, généralement autour d’une interface entre la partie sécable de jonction et l’enveloppe externe. De la même manière, dans le cas d’une contrainte impliquant la partie sécable de jonction, on comprend par résistance à la rupture de l’insert la résistance à la rupture d’une région de l’insert également sollicitée par ladite contrainte, généralement autour d’une interface entre la partie sécable de jonction et l’insert.

Autrement dit, une au moins parmi la résistance mécanique à la rupture de la partie sécable de jonction, la résistance mécanique à la rupture entre la partie sécable de jonction et l’enveloppe externe et la résistance mécanique à la rupture entre la partie sécable de jonction et l’insert est inférieure à la résistance mécanique à la rupture de l’enveloppe externe et à la résistance mécanique à la rupture de l’insert si,
- la résistance mécanique à la rupture de la partie sécable de jonction est inférieure à la résistance à la rupture de l’enveloppe externe et la résistance à la rupture de l’insert ; et/ou
- la résistance mécanique à la rupture entre la partie sécable de jonction et l’enveloppe externe est inférieure à la résistance mécanique à la rupture de l’enveloppe externe et la résistance à la rupture de l’insert ; et/ou
- la résistance mécanique à la rupture entre la partie sécable de jonction et l’insert est inférieure à la résistance mécanique à la rupture de l’enveloppe externe et la résistance à la rupture de l’insert.

Autrement dit, suite à l’apparition de contraintes dans l’ensemble formé de la partie sécable de jonction, l’enveloppe externe et l’insert, la rupture éventuelle est localisée dans la partie sécable de jonction, au sens où la rupture sépare la partie sécable de jonction en deux morceaux, et/ou à au moins une des interfaces entre d’une part la partie sécable de jonction et d’autre part l’insert ou l’enveloppe externe, au sens où la rupture sépare la partie sécable de jonction de l’insert et/ou de l’enveloppe externe. En particulier, suite à l’apparition de contraintes dans l’ensemble formé de la partie sécable de jonction, l’enveloppe externe et l’insert, la rupture n’a lieu ni au sein de l’insert, ni au sein de l’enveloppe externe avant que la partie sécable de jonction elle-même ou l’une de ses interfaces avec l’insert ou l’enveloppe externe ne rompe.

Par souci de concision mais sans perte de généralité, on parlera par la suite de rupture pour désigner indifféremment la rupture de la partie sécable de jonction elle-même et/ou la rupture entre la partie sécable de jonction et l’enveloppe externe et/ou la rupture entre la partie sécable de jonction et l’insert, à moins qu’une mention particulière ou le contexte donne au terme de rupture un sens différent.

Avant rupture, la partie sécable de jonction permet de supporter l’insert dans l’enveloppe externe, assurant une continuité géométrique de l’enveloppe externe et de l’insert qui permet d’améliorer la fabricabilité de l’aube. Une telle aube est particulièrement adaptée pour une fabrication par un procédé de fabrication additive.

Par continuité géométrique on désigne la continuité de matière au sein d’une pièce ou d’un ensemble de pièces, indépendamment de la forme de la pièce ou de l’ensemble de pièces. En l’espèce, il est possible de passer continûment de l’enveloppe externe à l’insert via la partie sécable de jonction, que ces pièces soient ou non dans le prolongement les unes des autres en termes de forme, de matériaux, etc.

En cas de contrainte mécanique ou thermomécanique entraînant la rupture, la rupture est localisée et/ou circonscrite à la partie sécable de jonction ou à l’une de ses interfaces avec l’insert et l’enveloppe externe. La rupture circonscrite à la partie sécable de jonction permet ainsi de prévenir un endommagement de l’aube, notamment de l’insert et de l’enveloppe externe.

Une fois l’aube fabriquée, la rupture complète permet en outre de rendre l’insert géométriquement indépendant de l’enveloppe externe tout en maintenant l’enveloppe externe à distance de l’insert, en particulier à une distance associée à une bonne efficacité du refroidissement de l’aube.

La rupture peut être précédée, accompagnée ou remplacée par un ou plusieurs autres endommagements, tels qu’une plastification. La résistance mécanique associée à cet autre endommagement peut être considérée alternativement ou en complément de la résistance mécanique à la rupture. Par exemple, dans le cas d’un endommagement sous forme de plastification, la plastification est localisée et/ou circonscrite à la partie sécable de jonction ou à l’une de ses interfaces avec l’insert et l’enveloppe externe, permettant ainsi de prévenir un endommagement de l’aube, notamment de l’insert et de l’enveloppe externe.

Une fois l’aube fabriquée, un endommagement, par exemple une rupture totale, partielle ou une plastification, peut en outre entraîner une redistribution des contraintes au sein de la pièce permettant de prévenir davantage un endommagement non souhaité dans l’aube.

En fonctionnement de la turbomachine, la température de l’enveloppe externe est plus élevée que la température de l’insert, de sorte que l’enveloppe externe (appartenant à une zone dite « chaude ») et l’insert (appartenant à une zone dite « froide ») se dilatent de façon différente. Cette dilatation différentielle peut conduire à la rupture au niveau de la partie sécable de jonction. Après rupture, l’indépendance géométrique de l’enveloppe externe et de l’insert permet ainsi d’assurer une indépendance des déplacements thermo-mécaniques entre les zones chaudes et les zones froides, et ainsi de prévenir le risque de rupture au sein de l’enveloppe externe ou de l’insert associé à des déplacements différents entre des zones chaudes et des zones froides.

La meilleure fabricabilité et la circonscription de la rupture à la partie sécable de jonction permettent d’assurer l’intégrité de l’enveloppe externe et de l’insert au cours du fonctionnement de la turbomachine, permettant d’assurer le refroidissement de l’aube de turbomachine par exemple par convection interne forcée ou par jet impactant. De plus, en augmentant la flexibilité de fabrication, la présence d’une partie sécable de jonction permet d’accéder à des conceptions d’aubes plus sophistiquées et plus performantes, notamment en termes de refroidissement. Une telle aube est donc compatible avec un fonctionnement de turbomachine à haute température associé à des hautes performances thermiques.

Dans certains modes de réalisation, l’aube est une aube de distributeur haute pression de turbomachine.

Le distributeur haute pression reçoit des gaz de combustion à haute température depuis la chambre de combustion. En améliorant les capacités de refroidissement des aubes de distributeur haute pression, la turbomachine peut fonctionner à des températures élevées associées à des hautes performances thermiques.

On comprend toutefois que l’aube peut être prévue à d’autres positions dans la turbomachine. Par exemple, l’aube peut être une aube d’un autre distributeur, par exemple un distributeur basse pression.

Dans certains modes de réalisation, la partie sécable de jonction a une longueur comprise entre 0,2 mm et 2 mm, de préférence entre 0,5 mm et 1 mm.

La longueur de la partie sécable de jonction est mesurée selon une direction rectiligne d’espacement entre l’insert et l’enveloppe externe. La longueur de la partie sécable de jonction correspond ainsi à la longueur entre les interfaces respectives de la partie sécable de jonction avec l’enveloppe externe et l’insert, c’est-à-dire aussi à la plus petite distance séparant lesdites interfaces.

La longueur de la partie sécable de jonction est un des paramètres déterminant le bon refroidissement par jet impactant de l’enveloppe externe depuis l’insert. La section transverse du passage d’air, dont dépend la vitesse d’écoulement de l’air à travers le passage d’air, dépend de la longueur de la partie sécable de jonction et d’une largeur du passage d’air, la largeur étant mesurée perpendiculairement à la direction de longueur de la partie sécable et à la direction générale selon laquelle l’aube s’étend.

De telles valeurs de longueur de partie sécable de jonction assurent une bonne efficacité du refroidissement de l’aube, notamment de l’enveloppe externe.

Dans certains modes de réalisation, la partie sécable de jonction a une épaisseur minimale inférieure à 0,5 mm, de préférence inférieure à 0,3 mm. L’épaisseur minimale est la plus petite épaisseur prise localement par la partie sécable de jonction. Au sens du présent exposé, l’épaisseur minimale peut également être située à l’interface entre la partie sécable de jonction et au moins l’un de l’enveloppe externe et de l’insert.

L’épaisseur de la partie sécable de jonction est mesurée selon une direction transverse à la fibre neutre de la partie sécable de jonction.

De telles dimensions de la partie sécable de jonction permettent d’assurer la fonction de soutien de l’insert et de l’enveloppe externe l’un par rapport à l’autre, tout en concentrant les contraintes au niveau du rétrécissement associé à l’épaisseur minimale, ce qui permet de localiser la rupture dans la partie sécable de jonction, en particulier au niveau du rétrécissement.

Dans certains modes de réalisation, l’épaisseur est minimale à une position à laquelle la section transverse est minimale.

La section transverse est mesurée dans un plan perpendiculaire à la fibre neutre de la partie sécable de jonction. La section transverse minimale est la plus petite section transverse prise localement par la partie sécable de jonction. Au sens du présent exposé, la section transverse minimale peut également être située à l’interface entre la partie sécable de jonction et au moins l’un de l’enveloppe externe et de l’insert.

De telles dimensions de la partie sécable de jonction permettent d’assurer la fonction de soutien de l’insert et de l’enveloppe externe, tout en assurant une concentration de contraintes au niveau du rétrécissement associé à la section transverse minimale permettant de localiser la rupture dans la partie sécable de jonction, en particulier au niveau du rétrécissement.

Dans certains modes de réalisation, la partie sécable de jonction comprend une première partie et une deuxième partie reliées entre elles en formant un angle inférieur à 90°, de préférence inférieur à 45°. Un tel angle concentre aisément les contraintes et donne une direction de rupture privilégiée.

Dans certains modes de réalisation, au moins un parmi l’insert et l’enveloppe externe est localement renforcé au niveau de sa liaison avec la partie sécable de jonction.

Par renfort local au niveau d’une liaison avec la partie sécable de jonction, on entend un renfort au moins dans une zone sollicitée lors de l’application d’une contrainte sur la partie sécable de jonction.

Un renfort local peut être réalisé de diverses manières, par exemple par une surépaisseur, un traitement mécanique ou un traitement chimique.

Ce renfort permet encore davantage de localiser la rupture à la partie sécable de jonction et de limiter la transmission de cette rupture, et ainsi de préserver l’intégrité de l’enveloppe externe et/ou de l’insert.

L’invention concerne également une aube comprenant une pluralité de parties sécables de jonction disposées selon une direction d’écoulement d’air au sein du passage d’air.

La pluralité de parties sécables de jonction permettent d’assurer un meilleur support de l’insert et de l’enveloppe externe l’un par rapport à l’autre, le long de la direction d’écoulement d’air.

Dans certains modes de réalisation, la distance entre deux parties sécables de jonction successives selon la direction d’écoulement d’air est comprise entre 0,2 mm et 3 mm, de préférence entre 0,4 mm et 1 mm.

Une telle distance permet d’assurer la fonction de soutien de la partie sécable de jonction tout en permettant de respecter des contraintes de fabricabilité. Par exemple, dans le cas d’une fabrication de l’aube par une méthode comprenant une étape de fabrication additive sur lit de poudre, une telle distance permet d’assurer le dépoudrage de l’aube.

L’invention concerne également une turbomachine comprenant une aube selon la présente invention.

L’invention concerne également un procédé de fabrication d’une aube de turbomachine selon la présente invention, comprenant au moins une étape de fabrication additive sur lit de poudre.

Dans certains modes de réalisation, l’aube de turbomachine selon la présente invention est fabriquée d’un seul tenant. L’enveloppe externe, l’insert et la partie sécable de jonction peuvent être venus de matière.

Dans certains modes de réalisation, le procédé de fabrication d’une aube de turbomachine selon la présente invention comprend au moins une étape d’assemblage. L’étape d’assemblage peut comprendre un assemblage entre l’enveloppe externe 10 et la partie sécable de jonction 20 et/ou un assemblage entre l’enveloppe externe 10 et l’insert 30.

La partie sécable de jonction permet de réduire les déformations associées à la fabrication additive, par exemple en soutenant l’enveloppe externe et l’insert l’un par rapport à l’autre, facilitant ainsi la fabrication de l’aube.

La partie sécable de jonction permet ainsi d’assurer la formation du passage d’air permettant d’assurer le refroidissement de l’aube.

Dans certains modes de réalisation, le procédé comprend une étape de montage de l’aube de turbomachine dans une turbomachine et une étape de rupture, l’étape de rupture comprenant au moins une parmi la rupture de la partie sécable de jonction, la rupture entre la partie sécable de jonction et l’enveloppe externe et la rupture entre la partie sécable de jonction et l’insert, et l’étape de rupture étant antérieure à l’étape de montage de l’aube de turbomachine dans la turbomachine.

La rupture peut être réalisée par l’application d’une contrainte sur l’aube, par exemple sur l’insert ou l’enveloppe externe. La rupture peut également être réalisée par toute autre méthode, telle que l’application d’un gradient thermique ou par attaque chimique. Lorsque la rupture est réalisée avant le montage de l’aube dans la turbomachine, l’aube peut être manipulée librement, ce qui donne accès à de nombreuses méthodes. Le procédé peut ainsi être optimisé en fonction des besoins, y compris en termes de temps et de coûts, tout en assurant que la rupture ait bien lieu.

En réalisant la rupture avant le montage de l’aube dans la turbomachine, l’enveloppe externe et de l’insert sont géométriquement indépendants dès le montage de sorte que les déplacements thermo-mécaniques entre les zones chaudes et les zones froides sont indépendants dès le montage de l’aube dans la turbomachine. L’aube est ainsi compatible avec un fonctionnement nominal de la turbomachine dès le montage de l’aube dans la turbomachine.

Dans certains modes de réalisation, le procédé comprend une étape de montage de l’aube de turbomachine dans une turbomachine et une étape de rupture, l’étape de rupture comprenant au moins une parmi la rupture de la partie sécable de jonction, la rupture entre la partie sécable de jonction et l’enveloppe externe et la rupture entre la partie sécable de jonction et l’insert, et l’étape de rupture étant postérieure à l’étape de montage de l’aube de turbomachine dans la turbomachine.

La rupture peut être réalisée par l’application d’une contrainte sur l’aube, par exemple par la mise en fonctionnement de la turbomachine à un niveau de charge prédéfini. Lorsque la rupture est réalisée après le montage de l’aube dans la turbomachine, aucune étape de rupture préalable n’est nécessaire, ce qui facilite l’utilisation de l’aube. La rupture a lieu avec l’aube montée si elle est nécessaire ; sinon, cela signifie que les contraintes sont inférieures à un seuil de dimensionnement de la rupture et ne mettent donc en danger ni l’intégrité de l’enveloppe externe, ni l’intégrité de l’insert.

D'autres caractéristiques et avantages de l'objet du présent exposé ressortiront de la description suivante de modes de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux figures annexées.

La est une vue en demi-coupe d’une turbomachine comprenant une aube.

La est une représentation schématique dans une vue en coupe transversale d’une aube selon un mode de réalisation.

La est une représentation schématique d’une aube selon le mode de réalisation dans une vue en coupe selon le plan de coupe III de la .

La est une représentation schématique de l’aube de la après rupture.

Les figures 4A, 4B, 4C, 4D, 4E et 4F sont des vues schématiques de parties sécables de jonction selon des modes de réalisation distincts.

La représente une turbomachine 101 en demi-coupe longitudinale selon un plan passant par son axe principal A1-A1. La turbomachine 101 est une turbomachine à double corps et double flux, mais d’autres turbomachines peuvent accueillir une aube selon un mode de réalisation.

La turbomachine 101 comprend, d’amont en aval selon la circulation du flux d’air, une soufflante 102, un compresseur basse pression 103 (également appelé « booster » en anglais), un compresseur haute pression 104, une chambre de combustion 105, une turbine haute pression 106, et une turbine basse pression 107. Ces différents éléments sont installés à l’intérieur d’une nacelle 120, de manière à obtenir un ensemble propulsif comprenant la nacelle 120 et la turbomachine 101.

En aval de la soufflante 102, le flux d’air est divisé en une première partie de flux d’air (aussi appelée flux primaire) F1 passant par le compresseur basse pression 103, et une deuxième partie de flux d’air (aussi appelée flux secondaire) F2 s’écoulant en dérivation autour du compresseur basse pression 103.

La soufflante 102 et le compresseur basse pression 103 sont entraînés par la turbine basse pression 107 via un arbre principal basse pression SL, tandis que le compresseur haute pression 104 est entraîné par la turbine haute pression 106 via un arbre principal haute pression SH. L’arbre principal basse pression SL s’étend typiquement à l’intérieur de l’arbre principal haute pression SH.

Une aube 1 de distributeur de turbine haute pression 106 sera décrite relativement aux figures 2, 3A et 3B.

L’aube 1 comprend une paroi intrados 11 et une paroi extrados 12. La paroi intrados 11 et la paroi extrados 12 forment une enveloppe externe 10.

La paroi intrados 11 et la paroi extrados 12 délimitent un volume intérieur de l’enveloppe externe 10.

Optionnellement, des ouvertures 18 peuvent être formées dans l’enveloppe externe 10, permettant une circulation d’air depuis le volume intérieur vers un extérieur de l’enveloppe externe 10, afin de refroidir l’enveloppe externe 10 par refroidissement par film. Dans d’autres modes de réalisation, la section de l’enveloppe externe 10 peut être fermée sur toute la hauteur de l’aube 1.

Optionnellement, l’enveloppe externe 10 peut être discontinue le long de la direction de hauteur de l’aube 1.

Un insert 30 est prévu dans le volume intérieur de l’enveloppe externe 10. L’insert 30 peut par exemple s’étendre tout le long de l’aube 1 dans la direction générale selon laquelle l’aube 1 s’étend.

Transversalement à la direction générale selon laquelle l’aube 1 s’étend, l’insert 30 est formé de façon à laisser un passage d’air 40 entre l’insert 30 et l’enveloppe externe 10.

Dans la vue en coupe transversale de la , le passage d’air 40 est formé entre l’insert 30 et l’enveloppe externe 10 tout autour de l’insert 30. On comprend que l’insert 30 et l’enveloppe externe 10 peuvent toutefois être localement en contact, direct ou indirect, et qu’un passage d’air 40 peut être formé entre l’insert 30 et l’enveloppe externe 10.

L’enveloppe externe 10 peut être refroidie par de l’air circulant dans le passage d’air 40, par exemple par convection interne forcée de cet air.

Dans ce cas, une circulation d’air froid au sein du passage d’air 40 permet de prélever de la chaleur de l’enveloppe externe 10, et ainsi maintenir la température de l’enveloppe externe 10 à des niveaux de température limitant le vieillissement prématuré de l’enveloppe externe 10.

De manière alternative ou en complément, le refroidissement de l’enveloppe externe 10 peut être réalisé par jet impactant.

Dans ce cas, l’insert 30 est creux et une circulation d’air froid est prévue à l’intérieur de l’insert 30, et des ouvertures 38, par exemple sous forme de trous traversants, sont prévues dans l’insert 30 afin d’évacuer l’air froid circulant à l’intérieur de l’insert 30 vers l’enveloppe externe 10 en face des ouvertures 38, c’est-à-dire ici de l’intérieur de l’insert 30 vers le passage d’air 40.

L’enveloppe externe 10 est prévue dans un matériau ayant une bonne résistance mécanique à haute température. De préférence, ce matériau est en outre compatible avec une formation par des procédés de fabrication additive, par exemple un procédé de fabrication additive sur lit de poudre.

De préférence, toute l’aube 30 est prévue dans ce même matériau.

Un tel matériau est par exemple un alliage à base nickel, par exemple des alliages connus sous les appellations commerciales suivantes :
René® 77 (de composition massique Ni 58% ; Cr 15% ; Co 15% ; Al 4,3% ; Mo 4,2% ; Ti 3,3% ; Fe 0,4% ; C 0,17% ; Si 0,1% ; Mn 0,1%) ;
Inconel® 939 (de composition massique Cr 22,5% ; Co 19,0% ; W 2,0% ; Nb 1,0% ; Ti 3,7% ; Al 1,9% ; Ta 1,4% ; Zr 0,1% ; C 0,15% ; B 0,01%, le reste étant composé de Ni et des impuretés inévitables) ; ou
Inconel® 738 (de composition massique Cr 16% ; Co 8,5% ; Al 3,4% ; Ti 3,4% ; W 2,6% ; Mo 1,8% ; Fe 0,5% ; Si 0,3% ; Mn 0,2% ; C 0,17%).

L’aube 1 comprend au moins une partie sécable de jonction 20, reliée d’une part à l’insert 30 et d’autre part à l’enveloppe externe 10.

La structure de la partie sécable de jonction 20 sera détaillée relativement aux figures 3A à 4F.

L’enveloppe externe 10 comprend une pluralité de parties sécables de jonction 20 réparties tout autour de l’insert 30 dans un plan transversal, de préférence régulièrement réparties tout autour de l’insert 30 dans un plan transversal.

Par exemple, deux parties sécables de jonction 20 successives selon la direction d’écoulement d’air sont séparées d’une distance d comprise entre 0,2 mm et 3 mm, de préférence entre 0,4 mm et 1 mm.

Les parties sécables de jonction 20 de la pluralité de parties sécables peuvent avoir une structure similaire, comme dans l’exemple des figures 3A et 3B. La montre les parties sécables de jonction 20 avant rupture, tandis que la montre ces mêmes parties sécables de jonction 20 après rupture sous l’effet de contraintes thermomécaniques.

On comprend toutefois que les parties sécables de jonction 20 de la pluralité de parties sécables de jonction 20 peuvent avoir des structures différentes entre elles, par exemple présentant chacune une ou plusieurs des caractéristiques décrites ci-après relativement aux parties sécables de jonction des modes de réalisations des figures 4A à 4F.

Une au moins parmi la résistance mécanique à la rupture de la partie sécable de jonction 20, la résistance mécanique à la rupture entre la partie sécable de jonction 20 et l’enveloppe externe 10 et la résistance mécanique à la rupture entre la partie sécable de jonction 20 et l’insert 30 est inférieure à la résistance mécanique à la rupture de l’enveloppe externe 10 et à la résistance mécanique à la rupture de l’insert 30.

Dans le cas où c’est la résistance mécanique à la rupture de la partie sécable de jonction 20 qui est la plus faible parmi ces résistances mécaniques, en cas d’application d’une contrainte entraînant la rupture, la rupture a lieu au sein de la partie sécable de jonction 20.

Dans le cas où c’est la résistance mécanique à la rupture entre la partie sécable de jonction 20 et l’enveloppe externe 10 qui est la plus faible parmi ces résistances mécaniques, en cas d’application d’une contrainte entraînant la rupture, la rupture a lieu à l’interface entre la partie sécable de jonction 20 et l’enveloppe externe 10.

Dans le cas où c’est la résistance mécanique à la rupture entre la partie sécable de jonction 20 et l’insert 30 qui est la plus faible parmi ces résistances mécaniques, en cas d’application d’une contrainte entraînant la rupture, la rupture a lieu à l’interface entre la partie sécable de jonction 20 et l’insert 30.

Dans ces trois cas, la rupture n’a pas lieu au sein de l’enveloppe externe 10 ni au sein de l’insert 30, de sorte que l’intégrité de l’enveloppe externe 10 et de l’insert 30 est préservée.

La représente trois parties sécables de jonction 20 prévues entre l’enveloppe externe 10 et l’insert 30 avant rupture.

Dans cet exemple, c’est la résistance mécanique à la rupture de la partie sécable de jonction 20 qui est la plus faible, de sorte que l’application d’une contrainte entraînant la rupture entraîne une rupture au sein de la partie sécable de jonction 20, comme représenté sur la .

Les figures 4A à 4F représentent différents modes de réalisations de parties sécables de jonction 20 prévues entre l’enveloppe externe 10 et l’insert 30.

La partie sécable de jonction 20 a une longueur L comprise entre 0,2 mm et 2 mm, de préférence 0,5 mm et 1 mm.

La longueur L est mesurée entre deux extrémités de la partie sécable de jonction 20 respectivement reliées à l’insert 30 et à l’enveloppe externe 10.

L’enveloppe externe 10 peut présenter un renfort local 15 au niveau de sa liaison avec la partie sécable de jonction 20.

En complément ou en remplacement, l’insert 30 peut présenter un renfort local 35 au niveau de sa liaison avec la partie sécable de jonction 20.

Ces renforts locaux 15, 35 permettent notamment d’augmenter la résistance à la rupture de l’insert 30 et/ou de l’enveloppe externe 10, et ainsi assurer une localisation de la rupture au sein de la partie sécable de jonction 20 ou à l’interface avec l’insert 30 ou l’enveloppe externe 10. Par ailleurs, bien que la partie sécable de jonction 20 puisse être prévue pour concentrer les contraintes, les renforts locaux 15, 35 font barrage à la transmission de ces contraintes vers l’enveloppe externe 10 et/ou l’insert 30.

Comme représenté dans les modes de réalisation des figures 4A à 4F, les renforts locaux 15,35 peuvent prendre la forme d’une surépaisseur.

Comme représenté sur la , la partie sécable de jonction 20 peut comprendre deux parties formant entre elles un angle θ inférieur à 90°, de préférence inférieur à 45°.

Un tel angle permet de créer une zone de concentration de contraintes au sein de la partie sécable de jonction 20, et ainsi assurer une rupture au sein de la partie sécable de jonction 20.

De préférence, la liaison entre les deux parties formant l’angle θ est dépourvue d’arrondi ou de congé, afin de concentrer davantage les contraintes au sein de la partie sécable de jonction 20.

La partie sécable de jonction 20 a une épaisseur e mesurée selon une direction transverse à la partie sécable de jonction 20.

L’épaisseur e, ou du moins l’épaisseur e minimale, est inférieure à l’épaisseur de l’enveloppe externe 10 et à l’épaisseur de l’insert 30 ; l’épaisseur de l’enveloppe externe 10 et l’épaisseur de l’insert 30 étant mesurées selon leurs directions d’épaisseur respectives.

De telles épaisseurs permettent de maîtriser la propagation de la zone de rupture, de maîtriser la perturbation de l’écoulement d’air par la partie sécable de jonction 20 et de maîtriser la vitesse de l’écoulement d’air à travers le passage d’air 40.

L’épaisseur e minimale de la partie sécable de jonction 20 est inférieure à 0,5 mm, de préférence inférieure à 0,3 mm, de préférence égale à 0,2 mm.

De préférence, l’épaisseur e de la partie sécable de jonction 20 est supérieure à 0,5 mm, de préférence supérieure à 0,3 mm, à l’exception optionnellement d’une unique zone continue où l’épaisseur e est minimale.

Cela permet de créer une unique zone de concentration de contraintes pouvant entraîner la rupture, et d’assurer la tenue mécanique du reste de la partie sécable de jonction 20.

L’épaisseur e de la partie sécable de jonction 20 peut être minimale en une partie centrale de la partie sécable de jonction 20, comme dans le mode de réalisation des figures 4B et 4C.

Dans le mode de réalisation de la , l’épaisseur e de la partie sécable de jonction 20 diminue linéairement depuis les deux extrémités de la partie sécable de jonction 20 jusqu’à une partie centrale de la partie sécable de jonction 20, où l’épaisseur e est minimale.

Dans le mode de réalisation de la , l’épaisseur e minimale peut être la plus petite épaisseur e compatible avec le procédé de fabrication de l’aube 1 pour lesquels la partie sécable de jonction 20 peut être d’un seul tenant de façon à assurer la continuité géométrique de l’enveloppe externe 10 et de l’insert 30.

Dans le mode de réalisation de la , l’épaisseur e de la partie sécable de jonction 20 diminue non-linéairement, par exemple de manière concave, depuis les deux extrémités de la partie sécable de jonction 20 jusqu’à une partie centrale de la partie sécable de jonction, où l’épaisseur e est minimale.

Dans les modes de réalisation des figures 4A à 4C, l’épaisseur e est minimale dans une partie centrale de la partie sécable de jonction 20. La rupture éventuelle a ainsi préférentiellement lieu dans la partie centrale de la partie sécable de jonction 20, et est ainsi circonscrite à la partie sécable de jonction 20.

La partie sécable de jonction 20 peut également être symétrique, par exemple présentant une symétrie centrale ou une symétrie planaire par rapport à un plan transversal à la partie sécable de jonction 20. Cela permet d’augmenter davantage les chances que la rupture soit contenue au centre de la partie sécable de jonction 20, et en particulier que la rupture ne se propage pas à l’enveloppe externe 10 ou à l’insert 30.

Comme illustré dans les modes de réalisation des figures 4D, 4E et 4F, l’épaisseur e de la partie sécable de jonction 20 peut être minimale en une partie périphérique de la partie sécable de jonction 20, par exemple à une interface entre la partie sécable de jonction 20 et l’enveloppe externe 10 ou à une interface entre la partie sécable de jonction 20 et l’insert 30. La rupture éventuelle a ainsi préférentiellement lieu au niveau de la liaison qui est associée à l’épaisseur e minimale parmi la liaison entre la partie sécable de jonction 20 et l’enveloppe externe 10 et la liaison entre la partie sécable de jonction 20 et l’insert 30, c’est-à-dire une rupture située entre la partie sécable de jonction 20 et l’enveloppe externe 10 ou entre la partie sécable de jonction 20 et l’insert 30.

On comprend que la partie sécable de jonction 20 peut avoir diverses formes, rectiligne ou courbe, en une seule partie ou en plusieurs parties formant un angle θ entre elles.

Dans les modes de réalisation des figures 4A à 4F, des ouvertures 18 sont formées dans l’enveloppe externe 10 et des ouvertures 38 sont formées dans l’insert 30. Les ouvertures 18 et les ouvertures 38 peuvent être disposées en quinconce, comme illustré, ou en vis-à-vis les unes des autres, ou encore selon tout agencement pertinent. On comprend que seules les ouvertures 18 de l’enveloppe externe 10 ou seules les ouvertures 38 de l’insert 30 peuvent être prévues dans l’aube 1, ou encore que l’aube peut être dépourvue d’ouvertures 18 dans l’enveloppe externe 10 et d’ouvertures 38 dans l’insert 30.

Dans tous les modes de réalisation décrits précédemment, la continuité géométrique, qui n’est pas nécessairement une continuité de forme, entre l’enveloppe externe 10 et l’insert 30 réalisée par la partie sécable de jonction 20 permet de faciliter la fabrication de l’aube 1, en particulier par des procédés de fabrication par méthodes additives, notamment une fabrication additive sur lit de poudre.

La partie sécable de jonction 20 peut alors assurer le soutien de l’enveloppe externe 10 et de l’insert 30 l’un par rapport à l’autre en cours de fabrication et le respect des contraintes de fabrication.

Le contrôle de la résistance à la rupture au sein de la partie sécable de jonction 20 ou à son interface avec l’enveloppe externe 10 ou l’insert 30 peut également être réalisé par une modification locale des paramètres de fabrication pour créer une fragilité locale, par exemple une dégradation locale du matériau ou par une intégration locale de défauts, par exemple de porosité. Dans le cas d’une fabrication additive sur lit de poudre, une fragilité locale peut par exemple être introduite en modifiant localement la puissance du laser et/ou la vitesse de balayage du laser sur une seule ou plusieurs couches consécutives.

Une fois l’aube 1 fabriquée, elle peut être montée dans une turbomachine 101, en l’état ou après un post-traitement ad hoc.

Au cours de la vie de l’aube 1 et du fait du dimensionnement de la partie sécable de jonction 20, soit une contrainte entraînant la rupture entraînera une rupture localisée dans la partie sécable de jonction 20 ou à son interface avec l’enveloppe externe 10 ou l’insert 30, soit un tel niveau de contrainte ne sera jamais atteint et aucune rupture n’aura lieu.

Dans les deux cas, l’intégrité de l’enveloppe externe 10 et de l’insert 30 ne sera pas compromise.

Il peut également être avantageux d’appliquer volontairement un effort contrôlé entraînant la rupture dans la partie sécable de jonction 20 ou à son interface avec l’enveloppe externe 10 ou l’insert 30 afin de s’assurer encore davantage que la rupture soit effectivement localisée et/ou circonscrite à la partie sécable de jonction 20 ou à l’une de ses interfaces avec l’insert 30 et l’enveloppe externe 10, et ainsi de prévenir un endommagement de l’aube 1.

Dans ce cas, l’effort entraînant la rupture peut être appliqué avant ou après le montage de l’aube 1 dans la turbomachine 101.

L’aube 1 présente une structure qui est particulièrement adaptée à une réalisation par procédé de fabrication additive. Un procédé de fabrication de l’aube 1 peut alors être mis en œuvre, entièrement ou partiellement, par fabrication additive, par exemple par un procédé de fusion laser sur lit de poudre.

Dans les modes de réalisation des Figures 3A à 4F, la partie sécable de jonction 20 a été représentée s’étendant sensiblement entre deux positions de l’enveloppe externe 10 et l’insert 30 situées en vis-à-vis l’une de l’autre, l’enveloppe externe 10 et l’insert 30 étant sensiblement plans et parallèles.

On comprend que toute autre forme et/ou orientation de l’enveloppe externe 10, de la partie sécable de jonction 20 et/ou de l’insert 30 compatible avec le fonctionnement de l’aube 1 au sein de la turbomachine 101 peut être prévue.

Optionnellement, la forme et/ou l’orientation de l’enveloppe externe 10, de la partie sécable de jonction 20 et/ou de l’insert 30 peut être spécifiquement prévue pour être compatible avec le procédé de fabrication de l’aube 1 par fabrication additive, par exemple en s’étendant dans une direction sensiblement parallèle à la direction de fabrication et/ou présentant des volumes de matière en porte-à-faux n’entraînant pas de défaut de fabrication.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.

Claims

Aube (1) de turbomachine comprenant :
une enveloppe externe (10) comprenant une paroi intrados (11) et une paroi extrados (12) délimitant entre elles un volume intérieur,
un insert (30) disposé dans le volume intérieur de façon à former un passage d’air (40) entre l’insert (30) et l’enveloppe externe (10); et
au moins une partie sécable de jonction (20), reliée d’une part à l’insert (30) et d’autre part à l’enveloppe externe (10); dans laquelle
une au moins parmi la résistance mécanique à la rupture de la partie sécable de jonction (20), la résistance mécanique à la rupture entre la partie sécable de jonction (20) et l’enveloppe externe (10) et la résistance mécanique à la rupture entre la partie sécable de jonction (20) et l’insert (30) est inférieure à la résistance mécanique à la rupture de l’enveloppe externe (10) et à la résistance mécanique à la rupture de l’insert (30).
Aube (1) de turbomachine selon la revendication 1, dans laquelle l’aube (1) est une aube (1) de distributeur haute pression de turbomachine.
Aube (1) de turbomachine selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la partie sécable de jonction (20) a une longueur comprise entre 0,2 mm et 2 mm, de préférence entre 0,5 mm et 1 mm.
Aube (1) de turbomachine selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle la partie sécable de jonction (20) a une épaisseur minimale inférieure à 0,5 mm, de préférence inférieure à 0,3 mm.
Aube (1) de turbomachine selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle la partie sécable de jonction (20) comprend une première partie et une deuxième partie reliées entre elles en formant un angle inférieur à 90°, de préférence inférieur à 45°.
Aube (1) de turbomachine selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle au moins un parmi l’insert (30) et l’enveloppe externe (10) est localement renforcé au niveau de sa liaison avec la partie sécable de jonction (20).
Aube (1) de turbomachine selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant une pluralité de parties sécables de jonction (20) disposées selon une direction d’écoulement d’air au sein du passage d’air (40).
Aube (1) de turbomachine selon la revendication 7, dans laquelle la distance entre deux parties sécables de jonction (20) successives selon la direction d’écoulement d’air est comprise entre 0,2 mm et 3 mm, de préférence entre 0,4 mm et 1 mm.
Turbomachine (101) comprenant une aube (1) de turbomachine selon l’une quelconque des revendications 1 à 8.
Procédé de fabrication d’une aube (1) de turbomachine selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant au moins une étape de fabrication additive sur lit de poudre.
Procédé de fabrication selon la revendication 10, comprenant une étape de montage de l’aube (1) de turbomachine dans une turbomachine et une étape de rupture, dans lequel
l’étape de rupture comprend au moins une parmi la rupture de la partie sécable de jonction (20), la rupture entre la partie sécable de jonction (20) et l’enveloppe externe (10) et la rupture entre la partie sécable de jonction (20) et l’insert (30) ; et
l’étape de rupture est antérieure à l’étape de montage de l’aube (1) de turbomachine dans la turbomachine.
Procédé de fabrication selon la revendication 10, comprenant une étape de montage de l’aube (1) de turbomachine dans une turbomachine et une étape de rupture, dans lequel
l’étape de rupture comprend au moins une parmi la rupture de la partie sécable de jonction (20), la rupture entre la partie sécable de jonction (20) et l’enveloppe externe (10) et la rupture entre la partie sécable de jonction (20) et l’insert (30) ; et
l’étape de rupture est postérieure à l’étape de montage de l’aube (1) de turbomachine dans la turbomachine.