FR3140118A1 - Disque d’essai de disque rotatif de turbomachine - Google Patents

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FR3140118A1
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disk
test disk
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FR2209618A
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Paul Nicolas WOOD
Joan David RANDRIANARISOA
Pascal Grégory CASALIGGI
Lucien Henri Jacques QUENNEHEN
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Safran Aircraft Engines SAS
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Safran Aircraft Engines SAS
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    • G—PHYSICS
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    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

Disque d’essai (1) destiné à simuler l’éclatement en rotation d’un disque de turbomachine, le disque d’essai (1) étant centré sur un axe, le disque d’essai (1) comprenant une jante dans laquelle sont formées des alvéoles (13), chaque alvéole (13) comprenant une gorge (131) qui débouche d’une part, à l’extérieur du disque d’essai (1) et d’autre part, dans un fond d’alvéole; le fond d’alvéole étant délimité par un orifice (133) qui s’étend axialement dans la jante et qui présente une dimension transverse, prise dans un plan transversal de l’orifice (133), supérieur à une dimension transverse de la gorge (131), prise dans un plan transversal de la gorge (131), et le fond d’alvéole comprenant un renfoncement (135) formé en creux au droit de la gorge. Figure pour l’abrégé : Fig. 2

Description

Disque d’essai de disque rotatif de turbomachine DOMAINE DE L'INVENTION
L’invention concerne le domaine des disques d’essais de disques rotatifs de turbomachine et en particulier des disques de turbine haute-pression.
 ETAT DE LA TECHNIQUE
Pour réaliser les disques rotatifs de turboréacteurs, et notamment les disques de turbine haute-pression, on recherche des matériaux qui offrent des caractéristiques mécaniques avancées notamment à hautes températures.
Un point clé est le comportement et la tenue statique du disque en condition de survitesse, c’est-à-dire lorsque le disque tourne à une vitesse angulaire (ou régime) supérieure à la vitesse angulaire nominale (ou régime nominal). Cette survitesse peut provenir de certaines pannes de fonctionnement : rupture d’arbre, ou mauvaise régulation comme une panne de vannes dans la partie compresseur. De telles vannes sont par exemple des vannes de décharge variables également connues sous la dénomination anglaise «Variable Bleed Vane» abrégée en VBV ou des aubes à calage variables également connues sous la dénomination anglaise «Variable Stator Vane» abrégée en VSV.
Pour assurer des disques de plus en plus résistants, de nouveaux matériaux et en particulier de nouveaux alliages sont développés. Il est nécessaire de les tester pour évaluer leur comportement, en établir des modèles de rupture et déterminer des dimensionnements possibles de disque rotatif.
Des modèles de rupture sont des lois de comportement du matériau qui gouvernent le passage entre plasticité et éclatement.
Les essais d’un disque rotatif se divisent en trois phases. Dans une première phase, des essais de traction sur éprouvettes sont réalisés pour établir des courbes d’écrouissage et des modèles de rupture. Dans une seconde phase, des disques d’essai également appelés « disques simulacres », qui sont souvent de taille réduite par rapport au disque rotatif final, sont soumis à des tests de rupture. Enfin, dans une troisième phase les essais portent sur un disque présentant la taille du disque rotatif final.
Le disque d’essai utilisé en deuxième phase est conçu pour étudier un type de rupture particulier dans une zone particulière dite zone critique. Un tel disque d’essai est destiné à simuler l’éclatement en rotation d’un disque rotatif dans la zone critique. Cette zone critique présente une géométrie représentative d’une zone correspondante du disque rotatif final. Cette zone du disque rotatif final est susceptible de se rompre en condition de survitesse, le disque subissant sous l’action d’un certain type de contraintes des déformations irréversibles dans cette zone, appelée aussi zone plastifiée. Le disque d’essai doit pouvoir simuler cet éclatement dans la zone critique sous l’action d’un même type de contraintes.
Le disque rotatif final présente plusieurs zones critiques, un type de disque d’essai ou disque simulacre est conçu pour chacune d’entre elles. Une comparaison entre des résultats expérimentaux et des résultats de simulation numérique permet de valider un modèle de rupture de la zone critique ayant à la fois une géométrie et un état de contrainte proches de ceux du disque rotatif final.
Il existe un besoin de réaliser des disques d’essai présentant pour une zone critique particulière des similitudes suffisantes avec le disque rotatif final pour simuler un éclatement du disque rotatif final dans cette zone critique.
Un but de l’invention est de proposer un disque d’essai présentant pour la zone critique particulière de la paroi radiale interne pour simuler un éclatement du disque rotatif final dans cette zone critique de manière plus satisfaisante que dans l’art antérieur.
Le but est atteint dans le cadre de la présente invention grâce à un disque d’essai destiné à simuler l’éclatement en rotation d’un disque de turbomachine, le disque d’essai étant centré sur un axe, le disque d’essai comprenant une jante dans laquelle sont formées des alvéoles, chaque alvéole comprenant une gorge qui débouche d’une part, à l’extérieur du disque d’essai et d’autre part, dans un fond d’alvéole; le fond d’alvéole étant délimité par un orifice qui s’étend axialement dans la jante et qui présente une dimension transverse, prise dans un plan transversal de l’orifice, supérieur à une dimension transverse de la gorge, prise dans un plan transversal de la gorge, et le fond d’alvéole comprenant un renfoncement formé en creux au droit de la gorge.
Un tel disque d’essai est avantageusement et optionnellement complété par les différentes caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison :
  • un rapport de la dimension transverse de la gorge sur la dimension transverse de l’orifice est supérieur ou égal à 60% ;
  • une paroi de la jante comprend une surface de section radiale circulaire, la surface délimitant l’orifice ;
  • la dimension transverse de l’orifice est un diamètre de la section radiale de la surface ;
  • une paroi de la jante comprend une partie de section radiale circulaire, la partie délimitant le renfoncement ;
  • la gorge est délimitée par deux faces planes, les deux faces planes étant parallèles à un plan axial qui traverse l’alvéole, l’axe passant par le plan axial, le plan axial étant un plan de symétrie de l’alvéole ;
  • le renfoncement présente dans un plan de section au moins l’une des formes suivantes : une forme d’ellipse, une forme d’hyperbole, une forme arrondie et une forme ovoïde ;
  • le disque d’essai s’étendant selon l’axe depuis une face amont à une face aval, l’un au moins parmi la gorge, l’orifice et le renfoncement étant ouverts sur la face amont et la face aval, la gorge, l’orifice et le renfoncement étant ouverts sur la face amont et la face aval; et
  • le disque d’essai étant un disque d’essai d’éclatement de disque de turbine-haute pression de turbomachine.
L’invention porte également sur un banc d’essai d’éclatement de disque rotatif comprenant un disque d’essai tel qu’on a pu le présenter plus haut, un système de mise en rotation du disque d’essai autour de l’axe, et un capteur de vitesse de rotation du disque d’essai.
Enfin l’invention aussi sur un procédé d’essai d’éclatement destiné à simuler l’éclatement en rotation d’un disque de turbomachine comprenant les étapes suivantes :
- fourniture d’un disque d’essai tel qu’on a pu le présenter plus haut,
- mise en rotation du disque d’essai autour de l’axe,
- augmentation d’une vitesse de rotation du disque d’essai jusqu’à éclatement du disque d’essai, et
- détermination d’une vitesse d’éclatement du disque d’essai.
Un tel procédé est avantageusement et optionnellement complété par une étape de modification d’une géométrie du renfoncement de l’alvéole du disque d’essai pour modifier la vitesse d’éclatement du disque d’essai.
 DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
la est une vue en perspective cavalière d’un disque d’essai d’éclatement de disque rotatif de turbomachine selon un mode de réalisation de l’invention ;
la est un détail de la ; et
les figures 3 à 8 sont des coupes schématiques dans un plan radial d’un détail d’un disque d’essai d’éclatement selon différents modes de réalisation de l’invention.
 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Zone critique de l’alvéole
Un disque rotatif de turbomachine, et notamment un disque de turbine haute-pression présente plusieurs zones critiques, c’est-à-dire plusieurs régions du disque où il est susceptible de rompre en condition de survitesse.
Une de ces zones critiques correspond à l’alvéole en périphérie extérieure du disque, c’est-à-dire la région radiale extérieure du disque qui est creusée d’une alvéole configurée pour recevoir un pied d’aube. Dans le cas le plus général, l’alvéole s’étend selon une direction axiale du disque sur toute la longueur axiale du disque, c’est-à-dire que l’alvéole débouche sur les faces latérales amont et aval du disque.
Un disque d’essai pour simuler un éclatement d’un disque rotatif final de turbomachine dans la zone critique de l’alvéole doit présenter le même type de contraintes que le disque rotatif final.
Il est à noter qu’un disque d’essai présente lui aussi différentes zones critiques, c’est-à-dire différentes régions où il est susceptible de rompre à partir d’une certaine vitesse de rotation (ou régime) nommée vitesse d’éclatement (ou régime d’éclatement).
Un disque d’essai pour simuler un éclatement dans la zone critique de l’alvéole doit présenter une marge suffisante entre le régime d’éclatement pour cette zone d’alvéole et le régime d’éclatement d’une autre de ses zones critiques. Cette marge doit être suffisamment élevée pour couvrir à la fois les incertitudes sur les lois de comportement du matériau testé, les incertitudes du critère de rupture et les incertitudes du modèle de calcul des régimes d’éclatement.
Par ailleurs, afin d’être représentatif du disque rotatif final, et notamment lorsqu’il s’agit d’un disque de turbine haute pression, la zone de l’alvéole du disque d’essai doit être soumise à un procédé de traitement de la surface appelé « grenaillage », c’est-à-dire une projection par une buse de grenaillage de billes de grenaillage sur la surface pour en atténuer les contraintes résiduelles dû à l’usinage du disque. Cela suppose un accès suffisamment large pour que la buse puisse être positionnée en regard des surfaces internes définies par l’alvéole.
Disque d’essai pour simuler un éclatement dans la zone critique de l’alvéole
En rapport avec les figures 1 à 4, un objet de l’invention est un disque d’essai 1 destiné à simuler l’éclatement en rotation d’un disque de turbomachine, et notamment dans la zone d’alvéole.
Le disque d’essai 1 est centré sur un axe central A et le disque 1 s’étend radialement par rapport à l’axe central A depuis un moyeu jusqu’à une paroi externe 3. Le moyeu comprend notamment une paroi interne 5 ou alésage central 5 en regard de l’axe central A.
La paroi interne 5 entoure l’axe A et est en regard direct de l’axe A. La paroi interne 5 délimite un alésage central dans le disque 1, cet alésage débouche dans la face amont 15 et la face aval 17 de sorte que l’alésage traverse le disque 1 de part en part selon la direction axiale.
La paroi externe 3 entoure la paroi interne 5 et l’axe A.
Le disque d’essai 1 comprend un corps radial interne 11 ou poireau 11 limité côté radial interne par la paroi interne 5.
Le disque d’essai 1 comprend un corps radial intermédiaire 9 ou toile 9 qui est situé radialement plus à l’extérieur que le corps radial interne 11.
Le disque d’essai 1 comprend un corps radial externe 7 ou jante 7 qui est situé radialement plus à l’extérieur que le corps radial intermédiaire 9. Le corps radial externe 7 ou jante 7 est limité côté radial externe par la paroi externe 3. La jante 7 présente une forme d’anneau centré sur l’axe A et présente donc globalement une périphérie radiale extérieure qui est un cylindre à section circulaire.
Le corps radial interne 11 ou poireau 11 et le corps radial externe 7 ou jante 7 présentent des longueurs axiales, c’est-à-dire des longueurs mesurées dans une direction axiale parallèle à l’axe central A qui sont sensiblement identiques. Plus précisément, ces longueurs sont égales avec un écart relatif inférieur ou égal à 10%.
Le corps radial intermédiaire 9 ou toile 9 présente une longueur axiale qui est significativement plus faible. Plus précisément, la longueur axiale du corps radial intermédiaire 9 est inférieure à la longueur axiale du corps radial interne 11 avec un écart relatif supérieur ou égal à 20%.
Le disque d’essai 1 comprend une première zone de transition entre le corps radial interne 11 et le corps radial intermédiaire 9 dans laquelle la longueur axiale diminue à mesure que l’on s’éloigne de l’axe.
Le disque d’essai 1 comprend une deuxième zone de transition entre le corps radial intermédiaire 9 le corps radial externe 7 dans laquelle la longueur axiale augmente à mesure que l’on s’éloigne de l’axe.
Dans une direction axiale de l’axe central A, le disque 1 s’étend depuis une face amont 15 à une face aval 17.
Le disque d’essai 1 présente une symétrie par rapport à un plan central P perpendiculaire à l’axe A. Le plan central P est illustré en . Cette symétrie permet d’éviter un pivotement du disque d’essai sur son axe central A lorsqu’il est mis en rotation. Un pivotement correspond à une rotation du disque autour d’une direction perpendiculaire à l’axe central.
Il est à noter que le disque d’essai lors d’un essai est fixé par une virole à un système d’entraînement en rotation. En rapport avec la , une virole 10 est fixée à la toile 9 du disque d’essai 1. La virole 10 est elle-même rapportée au système d’entraînement en rotation.
Des alvéoles 13 sont formées dans la jante 7 en périphérie extérieure du disque. La jante 7 ne présente donc pas exactement une périphérie radiale extérieure cylindrique à section circulaire, la paroi externe 3 ne présente pas exactement la forme d’un cylindre à section circulaire. La périphérie radiale est creusée par des alvéoles 13 qui peuvent être régulièrement réparties autour de l’axe A. Cela signifie qu’une séparation angulaire mesurée dans une direction circonférentielle ou tangentielle par rapport à l’axe A entre deux alvéoles 13 adjacentes est constante sur toute la jante 7.
Pour chaque objet du disque, on peut définir :
- une direction radiale qui est la direction passant par l’objet et qui est perpendiculaire à l’axe central A,
- une direction circonférentielle ou transverse qui est la direction perpendiculaire à l’axe central A et la direction radiale de l’objet,
- un plan radial ou transversal qui est le plan défini par la direction radiale et la direction circonférentielle ou direction transverse, et
- un plan axial qui est le plan défini par l’axe central A et la direction radiale.
Les alvéoles présentent une invariance par translation axiale de sorte que deux coupes radiales d’une alvéole définissent des formes identiques.
Chaque alvéole 13 comprend d’une extrémité radiale externe de la jante 7 en direction de l’axe A : une gorge 131, un orifice 133 et un renfoncement 135.
La gorge 131 s’étend radialement depuis l’extrémité radiale externe de la jante, de sorte que la gorge débouche sur l’extérieur du disque d’essai 1.
Situé entre la gorge 131 et l’axe A, l’orifice 133 présente une dimension circonférentielle d2 ou dimension transverse d2 qui est supérieure à une dimension circonférentielle d1 ou dimension transverse d1 de la gorge 131. Une dimension circonférentielle ou transverse de l’orifice ou de la gorge est une longueur de l’orifice ou de la gorge mesurée selon une direction circonférentielle ou transverse de l’orifice ou de la gorge. On peut choisir en particulier comme dimension circonférentielle ou transverse de l’objet la longueur maximale séparant deux points de l’objet selon les différentes directions circonférentielles ou transverses qui traversent l’objet.
La illustre le cas particulier où la gorge 131 est une gorge droite définie entre deux faces parallèles séparées d’une distance constante d1 et où l’orifice est délimité par des surfaces 33, 34 à section radiale circulaire. Une section radiale ou une coupe radiale est une section par un plan radial ou transversal. La plus grande distance d2 séparant ces surfaces selon la direction circonférentielle correspond ici dans la à la longueur d’un diamètre commun des surfaces 33, 34.
De manière préférée, un rapport de la dimension circonférentielle d1 de la gorge sur la dimension circonférentielle d2 de l’orifice est supérieur ou égal à 60%. De surcroît le rapport peut être choisi inférieur ou égal à 72%, et idéalement égal à 66%.
La gorge 131 débouche dans l’orifice 133, de sorte que l’orifice 133 est un espace qui est en communication avec l’espace de la gorge 131 qui est lui-même en communication avec l’extérieur du disque d’essai 1.
Situé entre l’orifice 133 et l’axe A, le renfoncement 135 débouche dans l’orifice 133, de sorte que le renfoncement 135 définit un espace qui est en communication avec l’espace de l’orifice 133, l’espace de la gorge 131 et l’extérieur du disque d’essai 1.
Autrement dit, chaque alvéole 13 comprend une gorge 131 qui débouche d’une part, à l’extérieur du disque d’essai 1 et d’autre part, dans un fond d’alvéole.
Le fond d’alvéole est délimité par l’orifice 133 qui s’étend axialement dans la jante 7 et qui présente la dimension transverse d2 prise dans un plan transversal de l’orifice 133. La dimension transverse d2 est choisie supérieur à une dimension transverse d1 de la gorge 131 prise dans un plan transversal de la gorge 131.
Le fond d’alvéole comprend aussi le renfoncement 135. Le renfoncement 135 est formé en creux au droit de la gorge. Cela signifie en particulier que le renfoncement est centré dans un plan transverse par rapport à la gorge.
La est une coupe radiale d’une alvéole 13. Dans la , et comme pour les figures 4 à 7, la partie grisée correspond à la matière du disque d’essai 1. La paroi externe 3 définit dans ce plan de coupe un contour curviligne séparant le disque d’essai 1 de l’extérieur de ce disque.
La paroi externe 3 comprend de part et d’autre de l’alvéole 13 une surface de cylindre à section circulaire centrée sur l’axe.
En coupe sur la , le contour défini par la paroi externe 3 comprend deux arcs de cercle convexes centrés sur l’axe, de part et d’autre de l’alvéole 13. Un premier arc de cercle comprend une extrémité M1 et un deuxième arc de cercle comprend une extrémité N1. Les points M1 et N1 délimitent ces arcs de cercle et l’alvéole 13.
L’expression ‘surface convexe’ est comprise ici comme ‘surface bombée vers l’extérieur’, c’est-à-dire qu’une surface qui sépare un côté matière où se trouve le disque d’essai et un côté vide où se trouve l’extérieur du disque est convexe lorsque les centres de courbure de cette surface sont situés côté matière.
L’alvéole 13 est définie par différentes parties de la paroi externe 3 que nous détaillons maintenant.
Faces délimitant la gorge
Une première partie de la paroi externe 3 définit la gorge 131 et correspond à deux faces 31, 32. Les faces 31,32 délimitent en partie la gorge 131, et notamment elles délimitent la gorge 131 dans une direction circonférentielle.
Les faces 31, 32 s’étendent vers l’axe A à partir des surfaces de cylindre à section circulaire centrées sur l’axe.
En coupe radiale, la face 31 définit un segment qui s’étend à partir du point M1 du premier arc de cercle vers l’axe A jusqu’à un point M2 et la face 32 définit un segment qui s’étend à partir du point N1 du deuxième arc de cercle vers l’axe A jusqu’à un point N2.
De manière préférée, les deux faces 31, 32 sont planes et de manière plus préférée encore elles sont parallèles à un plan axial B qui traverse l’alvéole 13.
Le plan axial B peut être un plan de symétrie de l’alvéole 13 de sorte que les deux faces 31, 31 sont symétriques l’une de l’autre par rapport au plan axial B.
Surface délimitant l’orifice
Une deuxième partie de la paroi externe 3 définit l’orifice 133 et correspond aux surfaces 33, 34. Les surfaces 33,34 délimitent en partie l’orifice 133 et notamment elles délimitent l’orifice 133 dans une direction circonférentielle.
Chaque surface 33, 34 est une partie de la paroi externe 3 qui est en regard de l’orifice 133. Chaque surface 33,34 sépare un côté matière où se trouve le disque d’essai et un côté vide où se trouve l’extérieur du disque.
Les surfaces 33, 34 sont concaves.
L’expression ‘surface concave’ est comprise ici comme ‘surface creuse’, autrement dit chaque surface 33, 34 présente des centres de courbure qui sont situés côté vide de la surface.
La surface 33 (respectivement 34) s’étend vers l’axe A à partir de la face 31 (respectivement 32).
En coupe radiale, la surface 33 définit une courbe qui s’étend à partir du point M2 de la face 31 vers l’axe A jusqu’à un point M3 et la surface 34 définit une courbe qui s’étend à partir du point N2 de la face 32 vers l’axe A jusqu’à un point N3.
Chaque surface 33, 34 définit un ou plusieurs rayons de courbure. On peut décrire la courbure de ces surfaces par ses rayons de courbure définis dans des plans radiaux, l’alvéole 13 présentant une invariance par translation selon la direction axiale.
Ces rayons de courbure et les dimensions de l’orifice 133 sont choisis pour pouvoir faire passer la buse de grenaillage à l’intérieur de l’orifice.
De manière préférée, les deux surface 33, 34 sont de section radiale circulaire de sorte qu’elles ne définissent chacune qu’un seul rayon de courbure. De manière plus préférée encore elles définissent le même rayon de courbure et sont centrées sur le même axe secondaire parallèle à l’axe central A.
La illustre ce dernier cas particulier présentant une coupe radiale de l’alvéole 13. Les surface 33, 34 définissent des arcs de cercle centrés sur le point C2, les arcs présentant le même rayon r2.
Lorsque le plan axial B est un plan de symétrie de l’alvéole 13, le point C2 appartient au plan axial B et les surface 33, 34 définissent un secteur angulaire de même étendue angulaire.
Dans ce cas particulier, la dimension circonférentielle d2 de l’orifice 133 correspond au diamètre de la section radiale des surfaces 33, 34, c’est à dire au double du rayon r2.
Pan délimitant le renfoncement
Une troisième partie de la paroi externe 3 définit le renfoncement 135 et correspond à la partie 35 ou au pan 35. Le pan 35 délimite le renfoncement 135 et notamment le pan 35 délimite le renfoncement 135 dans une direction circonférentielle et dans une direction radiale.
Le pan 35 est la partie de la paroi externe 3 qui est en regard du renfoncement 135.
Le pan 35 sépare un côté matière où se trouve le disque d’essai et un côté vide où se trouve l’extérieur du disque.
Le pan 35 est concave, ce qui signifie que le pan 35 présente des centres de courbure qui sont situés côté vide du pan 35.
Le pan 35 s’étend vers l’axe A à partir des surfaces 33 et-34.
En coupe radiale, le pan 35 définit une courbe qui s’étend vers l’axe A à partir du point M3 de la surface 33. La courbe s’étend également vers l’axe A à partir du point N3 de la surface 34. En parcourant la courbe depuis M3 jusqu’à N3, la distance à l’axe A diminue, atteint un minimum puis réaugmente.
Le renfoncement 135 correspond à un retrait de matière par rapport à l’orifice. Les figures 3 à 7 montrent en pointillés le prolongement des surfaces 33, 34 et l’espace entre ces pointillés et le pan 35 correspond au renfoncement.
Cette situation de retrait de matière assure un accès du renfoncement à la buse de grenaillage lorsque la buse a accès à l’orifice. Si les rayons de courbure et les dimensions de l’orifice 133 sont choisis pour pouvoir faire passer la buse de grenaillage à l’intérieur de l’orifice, alors la buse peut également accéder au renfoncement.
Lorsque le plan axial B est un plan de symétrie de l’alvéole 13, c’est à l’intersection entre le pan 35 et le plan axial B que la distance à l’axe A de l’alvéole atteint un minimum. A cette intersection, le plan tangent à la paroi externe 3 (ou au pan 35) est défini par la direction circonférentielle et la direction axiale. Ce plan tangent est parallèle à l’axe et ne croise pas l’axe.
Le pan 35 définit un ou plusieurs rayons de courbure. On peut décrire la courbure du pan 35 par ses rayons de courbure définis dans des plans radiaux, l’alvéole 13 présentant une invariance par translation selon la direction axiale.
Dans le mode plus général de l’invention, le pan 35 présente un rayon de courbure r3 qui est inférieur à un rayon de courbure r2 d’une des surfaces 33, 34.
Autrement dit, la paroi 3 de la jante délimitant l’alvéole présente un premier rayon de courbure r3 en regard du renfoncement 135 et un deuxième rayon de courbure r2 en regard de l’orifice 133, le premier rayon de courbure r3 étant inférieur au deuxième rayon de courbure r2.
De cette manière, le renfoncement est délimité par une paroi de plus forte courbure que la paroi qui délimite l’orifice. Un rayon de courbure plus faible correspond à une courbure plus forte.
Le renfoncement 135 présentant un rayon de courbure supérieur au rayon de courbure d’une des surfaces 33, 34 permet, lorsque le disque d’essai est mis en rotation autour de l’axe central A de concentrer les contraintes dans la matière du disque qui entoure le renfoncement. La zone du fond d’alvéole devient une zone critique qui éclate à une vitesse de rotation plus faible.
Autrement dit la vitesse d’éclatement de la zone de l’alvéole baisse. Une telle baisse de la vitesse d’éclatement permet de mettre en œuvre des tests d’éclatement avec des bancs d’essai moins performants et donc moins couteux.
Par ailleurs, la forme des contraintes qui s’appliquent dans la zone critique ne change pas lorsqu’on ajoute le renfoncement. En particulier la répartition de ces contraintes selon la direction axiale et la direction circonférentielle – répartition également désignée par l’expression « taux de bi-axialité » - reste sensiblement identique. Le disque d’essai 1 tel que présenté ici permet de bien simuler la forme des contraintes qui s’applique sur le disque rotatif final.
Enfin, pour le disque d’essai 1 tel que présenté ici la présence du renfoncement vient concentrer les contraintes autour de celui- ci. La zone d’alvéole est fragilisée par rapport aux autres zones du disque. De cette manière, les marges entre les vitesses d’éclatement de la zone d’alvéole par rapport aux autres zones critiques augmentent, ce qui permet d’être moins sensible aux incertitudes des caractéristiques du nouveau matériau testé. Cela favorise les chances de réussir l’essai, car l’éclatement obtenu avec un tel disque d’essai a de très grandes chances d’être obtenu dans la zone d’alvéole.
En option, il est possible de choisir la position des points M3 et N3 séparant les surfaces 33,34 du pan 35, le rayon des surfaces 33, 34 et les paramètres du pan 35 de sorte à obtenir une continuité de courbure entre les surfaces 33, 34 et le pan 35 : la paroi 3 présente une seule tangente en chacun des points M3 et N3, celle-ci étant commune au « côté orifice » et au « côté renfoncement ».
En option également, l’un au moins parmi la gorge 131, l’orifice 133 et le renfoncement 135 sont ouverts sur la face amont 15 et la face aval 17. De manière préférée, la gorge 131, l’orifice 133 et le renfoncement 135 sont ouverts sur la face amont 15 et la face aval 17.
Formes possibles du pan délimitant le renfoncement
De manière préférée, le pan 35 est de section radiale circulaire de sorte qu’il ne définit qu’un seul rayon de courbure. Autrement dit le renfoncement 135 présente dans un plan de section une forme de cercle, sous-entendu dans un plan de section radiale.
La illustre ce dernier cas particulier dans une coupe radiale de l’alvéole 13. Le pan 35 définit un arc de cercle centrés sur le point C3 et de rayon r3.
Lorsque le plan axial B est un plan de symétrie de l’alvéole 13, le point C3 appartient au plan axial.
Dans un autre mode possible le pan 35 comprend en section dans un plan radial une portion d’ellipse. Autrement dit le renfoncement 135 présente dans un plan de section une forme d’ellipse. En référence à la , le pan 35 définit en coupe radiale une portion d’ellipse passant par les points M3 et N3.
Dans cet exemple, les surfaces 33,34 sont à section circulaire de même rayon et de de même centre. Le plan axial B est un plan de symétrie de l’alvéole 13. Selon cette dernière condition les axes de l’ellipse sont dirigés selon la direction radiale et la direction circonférentielle.
La portion d’ellipse présente une courbure plus forte, c’est-à-dire un rayon de courbure plus faible, au niveau du plan axial B. Ce rayon de courbure est plus faible que le rayon des surfaces 33, 34.
On peut choisir le demi-petit axe égal au rayon des surfaces 33 et 34 et le demi-grand axe supérieur à ce rayon, le demi-grand axe étant dirigé selon la direction radiale. De cette manière le plus faible rayon de courbure de l’ellipse est inférieur au rayon des surfaces 33, 34.
On peut dans ce cas choisir les points M3 et N3 diamétralement opposés et symétriques par rapport au plan axial B. Cette dernière condition permet d’obtenir une continuité de courbure entre les surfaces 33, 34 et le pan 35 : la paroi 3 présente une seule tangente en chacun des points M3 et N3, ces tangentes étant dirigées selon la direction radiale.
Dans un autre mode possible le pan 35 comprend en section dans un plan radial une portion d’hyperbole. Autrement dit le renfoncement 135 présente dans un plan de section une forme d’hyperbole. En référence à la , le pan 35 définit en coupe radiale une portion d’hyperbole passant par les points M3 et N3.
Dans cet exemple, les surfaces 33,34 sont à section circulaire de même rayon et de de même centre. Le plan axial B est un plan de symétrie de l’alvéole 13. Selon cette dernière condition les asymptotes de d’hyperbole sont symétriques par rapport au plan axial B, et en particulier elles se croisent en un point situé sur le plan axial B.
La portion d’hyperbole présente une courbure plus forte, c’est-à-dire un rayon de courbure plus faible, au niveau du plan axial B. Ce rayon de courbure est plus faible que le rayon des surfaces 33, 34.
On peut choisir la position des points M3 et N3, le rayon des surfaces 33, 34 et les paramètres de l’hyperbole de sorte à obtenir une continuité de courbure entre les surfaces 33, 34 et le pan 35 : la paroi 3 présente une seule tangente en chacun des points M3 et N3, celle-ci étant commune au côté orifice et au côté renfoncement.
Dans un autre mode possible le pan 35 comprend en section dans un plan radial un segment rectiligne de direction circonférentielle. En référence à la , le pan 35 définit en coupe radiale une courbe passant par les points M3 et N3, la courbe comprenant un segment rectiligne de direction circonférentielle.
Dans cet exemple, les surfaces 33,34 sont à section circulaire de même rayon et de de même centre et le plan axial B est un plan de symétrie de l’alvéole 13. Le segment rectiligne de direction circonférentielle peut traverser le plan axial B.
La courbe du plan 35 présente une courbure plus forte aux extrémités du segment rectiligne, c’est-à-dire un rayon de courbure plus faible. Ce rayon de courbure est plus faible que le rayon des surfaces 33, 34.
On peut choisir la position des points M3 et N3, le rayon des surfaces 33, 34 et les paramètres de la courbe du pan 35 de sorte à obtenir une continuité de courbure entre les surfaces 33, 34 et le pan 35 : la paroi 3 présente une seule tangente en chacun des points M3 et N3, celle-ci étant commune au côté orifice et au côté renfoncement.
D’autres modes de réalisation du pan 35 sont possibles, en particulier le pan 35 peut comprendre en section dans un plan radial une section arrondie, une section d’ovoïde, ou tout forme concave intégrant un arc de cercle, une portion d’ellipse, un segment rectiligne ou une combinaison de ces éléments.
Banc d’essai d’éclatement de disque rotatif
Un objet de l’invention est un banc d’essai d’éclatement de disque rotatif qui comprend un disque d’essai tel qu’on l’a décrit jusqu’à présent.
Le banc d’essai comprend également un système de mise en rotation du disque d’essai autour de l’axe, et un capteur de vitesse de rotation du disque d’essai.
Le disque d’essai est fixé par une virole à un système d’entraînement en rotation. Le disque d’essai est mis en rotation avec la virole. La structure « disque d’essai + virole » présente une géométrie différente de la géométrie du disque d’essai seul. En particulier la structure « disque d’essai + virole » ne présente pas de symétrie par rapport au plan central P, ou plus généralement à un plan orthogonal à l’axe central.
Procédé d’essai d’éclatement de disque rotatif
Un objet de l’invention est un procédé d’essai en éclatement destiné à simuler l’éclatement en rotation d’un disque de turbomachine.
Le procédé comprend les étapes suivantes.
Dans une première étape, on fournit un disque d’essai tel qu’on l’a décrit jusqu’à présent. Ce disque ne comprend aucune aube montée sur sa périphérie radiale externe.
Dans une deuxième étape, on met en rotation le disque d’essai autour de l’axe. La température du disque d’essai durant l’essai est choisie afin d’être représentative de la zone critique du disque de turbine haute pression en fonctionnement. En particulier, cette température peut être choisie entre 20°C et 800°C.
Dans une troisième étape on augmente une vitesse de rotation du disque d’essai jusqu’à éclatement du disque d’essai.
La zone d’éclatement est normalement la zone d’alvéole lorsque le disque d’essai 1 utilisé est tel qu’on l’a décrit plus haut.
Dans une quatrième étape, on détermine la vitesse d’éclatement du disque. C’est la vitesse de rotation mesurée par le capteur au moment de l’éclatement.
En option du procédé, on peut modifier dans une cinquième étape une géométrie du renfoncement de l’alvéole du disque d’essai pour modifier la vitesse d’éclatement du disque d’essai.
Cette modification du disque d’essai permet par exemple d’augmenter la criticité de la zone modifiée et de provoquer l’éclatement dans la zone souhaitée. Elle rend le disque d’essai plus représentatif d’un disque de turbine échelle 1.
En deuxième option du procédé, on peut modifier dans une sixième étape un disque de turbine en fonction de la vitesse d’éclatement déterminée. En particulier on peut déterminer les dimensions du disque rotatif final grâce à ce résultat de vitesse d’éclatement.

Claims (12)

  1. Disque d’essai (1) destiné à simuler l’éclatement en rotation d’un disque de turbomachine, le disque d’essai (1) étant centré sur un axe (A), le disque d’essai (1) comprenant une jante (7) dans laquelle sont formées des alvéoles (13),
    chaque alvéole (13) comprenant
    une gorge (131) qui débouche d’une part, à l’extérieur du disque d’essai (1) et d’autre part, dans un fond d’alvéole;
    le fond d’alvéole étant délimité par un orifice (133) qui s’étend axialement dans la jante (7) et qui présente une dimension transverse (d2), prise dans un plan transversal de l’orifice (133), supérieur à une dimension transverse (d1) de la gorge (131), prise dans un plan transversal de la gorge (131), et
    le fond d’alvéole comprenant un renfoncement (135) formé en creux au droit de la gorge.
  2. Disque d’essai (1) selon la revendication 1, dans lequel un rapport de la dimension transverse (d1) de la gorge sur la dimension transverse (d2) de l’orifice est supérieur ou égal à 60%.
  3. Disque d’essai (1) selon la revendication 2 dans lequel une paroi (3) de la jante (7) comprend une surface (33, 34) de section radiale circulaire, la surface (33, 34) délimitant l’orifice (133).
  4. Disque d’essai (1) selon la revendication 3 dans lequel la dimension transverse (d2) de l’orifice (133) est un diamètre de la section radiale de la surface (33, 34).
  5. Disque d’essai (1) selon l’une des quelconque revendications 2 à 4, dans lequel une paroi (3) de la jante comprend une partie (35) de section radiale circulaire, la partie délimitant le renfoncement (135).
  6. Disque d’essai (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la gorge (131) est délimitée par deux faces planes (31, 32), les deux faces planes (31, 32) étant parallèles à un plan axial (B) qui traverse l’alvéole, l’axe (A) passant par le plan axial (B), le plan axial (B) étant un plan de symétrie de l’alvéole (13).
  7. Disque d’essai (1) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel le renfoncement (135) présente dans un plan de section au moins l’une des formes suivantes :
    - une forme d’ellipse ;
    - une forme d’hyperbole ;
    - une forme arrondie, et
    - une forme ovoïde.
  8. Disque d’essai (1) selon l’une des revendications 1 à 7, s’étendant selon l’axe (A) depuis une face amont (15) à une face aval (17), l’un au moins parmi la gorge (131), l’orifice (133) et le renfoncement (135) étant ouverts sur la face amont (15) et la face aval (17), la gorge (131), l’orifice (133) et le renfoncement (135) étant ouverts sur la face amont (15) et la face aval (17).
  9. Disque d’essai (1) selon l’une des revendications 1 à 8 le disque d’essai étant un disque d’essai d’éclatement de disque de turbine-haute pression de turbomachine.
  10. Banc d’essai d’éclatement de disque rotatif comprenant
    un disque d’essai (1) selon l’une des revendications 1 à 9,
    un système de mise en rotation du disque d’essai (1) autour de l’axe (A), et
    un capteur de vitesse de rotation du disque d’essai (1).
  11. Procédé d’essai d’éclatement destiné à simuler l’éclatement en rotation d’un disque de turbomachine comprenant les étapes suivantes :
    - fourniture d’un disque d’essai (1) selon l’une des revendications 1 à 9,
    - mise en rotation du disque d’essai (1) autour de l’axe (A),
    - augmentation d’une vitesse de rotation du disque d’essai (1) jusqu’à éclatement du disque d’essai, et
    - détermination d’une vitesse d’éclatement du disque d’essai (1).
  12. Procédé selon la revendication 11, comprenant en outre une étape de modification d’une géométrie du renfoncement de l’alvéole du disque d’essai (1) pour modifier la vitesse d’éclatement du disque d’essai (1).
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2662682A2 (fr) * 2012-05-10 2013-11-13 Rolls-Royce plc Procédé permettant de tester la fatigue d'un composant
RU2730115C1 (ru) * 2020-03-18 2020-08-17 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Казанский научный центр Российской академии наук" Способ испытания на прочность диска турбомашины, имеющего концентраторы напряжений в виде отверстий, и устройство для его осуществления
CN214471752U (zh) * 2021-01-14 2021-10-22 浙江海骆航空科技有限公司 一种可视加热炉内部试验件工况的试验装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2662682A2 (fr) * 2012-05-10 2013-11-13 Rolls-Royce plc Procédé permettant de tester la fatigue d'un composant
RU2730115C1 (ru) * 2020-03-18 2020-08-17 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Казанский научный центр Российской академии наук" Способ испытания на прочность диска турбомашины, имеющего концентраторы напряжений в виде отверстий, и устройство для его осуществления
CN214471752U (zh) * 2021-01-14 2021-10-22 浙江海骆航空科技有限公司 一种可视加热炉内部试验件工况的试验装置

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LI BIN ET AL: "Experimental and numerical study based on ductile failure for the tri-hub burst of turbocharger turbine", ENGINEERING FAILURE ANALYSIS, PERGAMON, GB, vol. 138, 9 April 2022 (2022-04-09), XP087096754, ISSN: 1350-6307, [retrieved on 20220409], DOI: 10.1016/J.ENGFAILANAL.2022.106295 *
MAZIERE M ET AL: "Overspeed burst of elastoviscoplastic rotating disks: Part II - Burst of a superalloy turbine disk", EUROPEAN JOURNAL OF MECHANICS. A, SOLIDS, GAUTHIER-VILLARS, PARIS, FR, vol. 28, no. 3, 1 May 2009 (2009-05-01), pages 428 - 432, XP025958738, ISSN: 0997-7538, [retrieved on 20081017], DOI: 10.1016/J.EUROMECHSOL.2008.10.002 *
MISHRA R K ET AL: "Qualification Approach of a High-Pressure Compressor Drum of a Military Turbofan Engine for Structural Integrity and Life", JOURNAL OF FAILURE ANALYSIS AND PREVENTION, SPRINGER, BOSTON, vol. 15, no. 4, 28 April 2015 (2015-04-28), pages 503 - 512, XP035514330, ISSN: 1547-7029, [retrieved on 20150428], DOI: 10.1007/S11668-015-9963-2 *

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