WO2012001278A1 - Aube de turbomachine a geometrie complementaire paire/impaire et son procede de fabrication - Google Patents

Aube de turbomachine a geometrie complementaire paire/impaire et son procede de fabrication Download PDF

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preform
dawn
heel
devoid
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Clément ROUSSILLE
Julien Mateo
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Snecma Propulsion Solide
Snecma
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    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • the invention relates to turbomachine blades of composite material comprising a fiber reinforcement densified by a matrix.
  • the targeted field is that of gas turbine blades for aircraft engines or industrial turbines.
  • turbomachine blades of composite material in particular but not necessarily of thermostructural composite material such as CMC, for turbomachines or turbomachine compressors, blades which are relatively simple to manufacture and which incorporate the functions required, including the functions of sealing, vein definition of flow flow (aerodynamic function), and anti-tilt.
  • CMC thermostructural composite material
  • a method of manufacturing a turbomachine blade of composite material comprising a fiber reinforcement densified by a matrix comprising;
  • a second preform part of a blade platform said blade preform then being devoid of preform of anti-tilt blade wall, or forming a preform of an anti-tip blade wall, said preform of blade then being devoid of dawn platform preform, and
  • a third part forming a preform of a blade spoiler plate, said blade preform then being devoid of a blade dart plate preform, or a second portion forming a preform of an anti-tip blade wall, said blade preform then being devoid of a blade platform preform, and
  • a third portion forming a preform of a spoiler plate of blade heel, said preform of blade being then devoid of preform of plate darts of dawn heel, or forming a preform of a plate of heel darts, dawn, said blade preform then being devoid of a preform plate of spoilers of blade heel,
  • the invention provides for ensuring by a first blade two of the following functions: definition of internal radial vein, definition of external radial vein, sealing and anti-tilt and by a second blade the two other functions not provided by the first blade, each of these functions being performed by separate parts of the blades which are manufactured with single layer textures.
  • the first and second blades thus produced have complementary geometries which, by successively nesting these first and second vanes, ensure all the functions required on both faces of the blades facing each of these vanes.
  • the fiber preform in the longitudinal direction of the fiber preform corresponding to the longitudinal direction of the blade to be manufactured, comprises a first set of son several layers which are bonded together to form a first part of the blank corresponding to the blade preform and blade root, and a second set of several layers of son which are bonded together at least locally to form a second part of the blank corresponding to a platform preform or anti-tilt wall and a third portion of the blank corresponding to a spoiler tray preform or dawn heel darts, the yarns of the first set of yarn layers being unrelated to yarns of the second set of yarn layers, and the first set of yarn layers being traversed by yarns of the second set of yarn layers; son at the level of the or each second part of the blank.
  • debonding zones allows a shaping of the fiber preform without cutting binder son, such a cut may reduce the mechanical strength of the fiber reinforcement, so the blade manufactured.
  • the fibrous blank is woven with a second continuous set of layers of yarns and the shaping of the fibrous blank comprises cutting out portions of the second set of outer yarn layers at the same time. second part of the fibrous blank and the third part of the fibrous blank.
  • the intersection between a layer of son of the first set and a wire layer of the second set follows a line not orthogonal to the longitudinal direction of the fiber blank.
  • the number of layers of yarns in the longitudinal direction in the first set of yarn layers is constant.
  • the son of the first set of son can then be of title and / or variable contexture.
  • a web comprising a succession of fibrous blanks is produced by three-dimensional weaving. These can then be cut in the band.
  • the blanks can be woven with the longitudinal direction of the blade to be produced in the weft or the warp direction.
  • a turbomachine blade made of a composite material comprising a fibrous reinforcement obtained by three-dimensional weaving of yarns and densified by a matrix, the blade comprising a first constituent portion of blade and blade root, characterized in that said first part forms a single piece with at least:
  • a second portion constituting a blade platform, said blade then being devoid of a vane anti-tilt wall, or a vane anti-tilt wall (250), said blade then being devoid of a dawn platform, and
  • a third part constituting a plate of spoilers of dawn heel, said dawn then being devoid of plate of darts of dawn heel, or of a plate of darts of dawn heel, said dawn then being devoid a plate of spoilers of dawn heel.
  • the invention furthermore proposes a set of blades comprising a first and a second blade according to the blade of the invention, the second part of the first blade constituting a blade platform, the first blade being then devoid of of an anti-tilt dawn wall, the third part of the first dawn constituting a plate of spikes of dawn heel, the first dawn being then devoid of dawn heel plate, the second part of the second blade constituting an anti-tilt dawn wall, the second dawn then being devoid of a platform dawn, the third part of the second dawn being constitutive of a plate of heel darts. dawn, the second dawn then being devoid of a plate of spikes of dawn heel.
  • the invention also proposes a set of blades comprising a first and a second blade according to the blade of the invention, the second part of the first blade constituting an anti-tilt wall of dawn, the first dawn then being devoid of a dawn platform, the third part of the first dawn being constitutive of a plate of spoilers of dawn heel, the first dawn being then devoid of dawn blade platform darts, the second part of the second dawn constituting a platform dawn, the second dawn then being devoid of an anti-tilt dawn wall, the third part of the second dawn constituting a dawn heel plate, the second dawn then being devoid of a heel spoiler plate blade.
  • the blade may be of a ceramic matrix composite material.
  • constituent son of the portion of the fibrous reinforcement corresponding to the second part of the blade pass through the portion of the fibrous reinforcement corresponding to the first part of the blade.
  • the blade of the blade may have a profile of variable thickness along which the fibrous reinforcing portion corresponding to the first portion of the blade has, in the longitudinal direction of the blade, a constant number of layers of wires having a variable title and / or contexture, or a variable number of layers of threads.
  • the invention also relates to a rotor or turbomachine disk and a turbomachine equipped with a plurality of blade sets as defined above.
  • FIG. 1 is a perspective view of a turbomachine blade with platform and integrated heel spoiler plate
  • FIG. 2 is a perspective view of an anti-tilt wall turbomachine blade and integrated heel wipers plate
  • FIG. 3 very schematically illustrates the arrangement of two sets of layers of threads in a three-dimensional woven fiber blank intended for the production of a fibrous preform for a blade such as that illustrated in FIG. 1;
  • FIGS. 4 and 5 illustrate successive steps for producing a fibrous preform for a blade as illustrated in FIG. 1, from the fiber blank of FIG. 3;
  • FIGS. 6 and 7 illustrate successive steps for producing a fibrous preform for a blade as illustrated in FIG. 2, from the fiber blank of FIG. 3;
  • FIG. 8 is a sectional view showing the profile, laid flat, a blade blade such as that of Figure 1 or 2;
  • Figure 9 is a sectional view of a set of warp son layers to obtain a profile such as that of Figure 8;
  • FIGS. 10A and 10B are cross-sectional views showing a method of weaving the fibrous blank of FIG. 1;
  • FIG. 11A is a partial sectional view along a plane parallel to the warp and weft directions in a portion of the fiber blank of Figure 3 corresponding to the junction location between blade and platform or anti-tip tilting wall ;
  • FIG. 11B is a partial sectional view in a portion of the fiber blank of Figure 3 corresponding to the junction location between blade and platform or anti-tilting blade wall;
  • FIG. 12A is a partial view in section along a plane parallel to the warp and weft directions in a part of the fibrous blank of FIG. 3 corresponding to the junction location between the blade and the plate of spoilers or heel darts. dawn;
  • FIG. 12B is a partial sectional view in a portion of the fibrous blank of Figure 3 corresponding to the junction location between blade and spoiler tray or blade darts;
  • Fig. 13A is a cross-sectional view showing an example of arrangement of weft yarns in a fiber blank portion corresponding to a blade root portion;
  • Figs. 13B to 13D are raster sectional views showing warp planes for an example of three-dimensional weaving (multilayers) in the fibrous preform portion of Fig. 13A;
  • FIG. 14 is a partial schematic sectional view showing another embodiment of a blank portion corresponding to a blade root;
  • FIGS. 15 and 16 very schematically illustrate two embodiments of a woven fibrous web obtained by three-dimensional weaving comprising a plurality of fibrous blanks such as that of FIG. 3;
  • FIG. 17 shows successive steps of an embodiment of a method for manufacturing a turbomachine blade according to the invention.
  • FIG. 18 shows successive steps of another embodiment of a method for manufacturing a turbomachine blade according to the invention.
  • FIG. 19 shows the assembly on a turbomachine rotor of a plurality of vanes similar to those of FIGS. 1 and 2.
  • the invention is applicable to various types of turbomachine blades with integrated platforms and / or bead, in particular compressor and turbine blades of different gas turbine bodies, for example a low pressure turbine wheel vane (BP). ), such as those illustrated in Figures 1 and 2.
  • BP low pressure turbine wheel vane
  • FIG. 1 illustrates a first blade 100 which comprises, in a well-known manner, a blade 120, a foot 130 formed by a portion of greater thickness, for example with a bulbous section, extended by a stilt 132.
  • the blade 120 extends longitudinally between its foot 130 and its top 121 and has in cross section a curved profile of variable thickness delimiting two faces 122 and 123, respectively corresponding to the extrados and the intrados of the blade 120 and each connecting the leading edge 120a and the trailing edge 120b of the latter.
  • the blade 100 is mounted on a turbine rotor (not shown) by engagement of the foot 130 in a correspondingly shaped housing provided at the periphery of the rotor.
  • the blade 120 further comprises a blade platform 140 and a blade heel spoiler plate 160.
  • the blade 120 is connected to the blade platform 140 whose outer face (or upper) 142 delimits, radially on the inside, the flow vein of a gaseous flow f.
  • the platform 140 terminates in overlapping spoilers 144 and 146.
  • the platform 140 platform 140 has a recessed portion
  • the platform 140 On its opposite edge, that is to say that present on the side 122 of the blade 120, the platform 140 has a protruding portion
  • the face 142 of the platform is substantially perpendicular to the longitudinal direction of the blade.
  • the face 142 of the platform may also be inclined, generally forming a non-zero angle with respect to the normal to the longitudinal direction of the blade, or the face 142 could have a generally non-rectilinear profile, for example curved.
  • the blade 120 is further connected at its outer radial end to a blade heel spoiler plate 160 which delimits on its inner face 161 (lower), radially outwardly, the flow passage of the gas flow f.
  • the blade heel spoiler plate 160 terminates with overlapping spoilers 162 and 163.
  • the blade heel spoiler plate 160 has a recessed portion 164 at its edges located on the side of the face 123 of the blade 120, the shape of the recessed portion 164 being defined to cooperate with the face 222 (extrados) of the blade 200 described below and with which the blade 100 is intended to cooperate.
  • the blade heel spoiler plate 160 On its opposite edge, that is to say that present on the side 122 of the blade 120, the blade heel spoiler plate 160 has a projecting portion 165 whose shape is defined to cooperate with the face 223 (lower surface). ) of the blade 200 described below and with which the blade 100 is intended to cooperate.
  • the face 161 of the blade heel spoiler plate 160 extends substantially perpendicular to the longitudinal direction of the blade.
  • the face 161 could be inclined generally forming a non-zero angle with respect to the normal to the longitudinal direction of the blade or the face 161 could have a generally non-rectilinear profile, for example curved.
  • the blade 120 is devoid of anti-tilt wall at its inner radial end and blades of blade heel at its outer radial end.
  • FIG. 2 illustrates a second blade 200 intended to cooperate with the blade 100 and which comprises a blade 220, a foot 230 formed by a portion of greater thickness, for example with a bulbous section, extended by a stilt 232.
  • the blade 200 extends longitudinally between its foot 230 and its top 221 and has in cross section a curved profile of variable thickness delimiting two faces 222 and 223, respectively corresponding to the extrados and the intrados of the blade 200 and each connecting the leading edge 220a and the trailing edge 220b of the latter.
  • the blade 200 is mounted on a turbine rotor (not shown) by engagement of the foot 230 in a correspondingly shaped housing arranged at the periphery of the rotor.
  • the blade 220 is connected to an anti-tilt wall 250 which has at its upstream and downstream ends flanks 251 and 252 capable of preventing the tilting of the blade. when the latter is mounted on a turbine rotor.
  • the anti-tilt wall 250 has a recessed portion 253 on its edges located on the side of the face 223 of the blade 220, the shape of the recessed portion 253 being defined to cooperate with the face 122 (extrados ) of the blade 100 described above and with which the blade 200 is intended to cooperate.
  • the anti-tilt wall 250 On its opposite edge, that is to say that present on the side 222 of the blade 220, the anti-tilt wall 250 has a projecting portion 254 whose shape is defined to cooperate with the face 123 (intrados) of the blade 100 described below and with which the blade 200 is intended to cooperate.
  • the blade 220 is connected to a blade of blade heel plate 270.
  • the plate of the blade heel skewers 270 defines a depression or bath 273.
  • the plate 270 carries wipers 274 and 275 having a tooth-shaped profile, the ends of which can penetrate into a layer of abradable material of a turbine ring (not shown). to reduce the clearance between the blade tip and the turbine ring.
  • the central portions of the anti-tilt wall 250 and the blade bead plate 270 extend substantially perpendicular to the longitudinal direction of the blade.
  • the central portions of these elements could be inclined by generally forming a non-zero angle with respect to the normal to the longitudinal direction of the blade. or could have a generally non-rectilinear profile, for example curved.
  • the blade 220 is also devoid of a platform at its radially inner end and blade nose spoiler plate at its outer radial end, these two elements being reported on the blade 200 during its assembly with blades 100 as explained. below.
  • the blade 100 provides the vein definition function while with its anti-tilt wall 250 and its blade of blade heel plate 270 , the blade 200 provides anti-tilt and sealing functions.
  • FIG. 3 very diagrammatically shows a fiber blank 300 from which a fibrous blade preform can be shaped in order, after densification by a die and possible machining, to obtain a blade made of a composite material with a platform and a plate of spoilers integrated heels such as blade 100 illustrated in FIG.
  • the blank 300 comprises two parts 302, 304 obtained by three-dimensional weaving or multilayer weaving, only the envelopes of these two parts being shown in FIG. 3.
  • the portion 302 is intended, after shaping, to constitute a portion of fibrous preform blade corresponding to a preform of blade and blade root, this part having a face 302a intended to form the lower side of the blade and a face 302b intended to form the extrados side of the blade
  • the portion 304 is intended, after shaping, to constitute the parts of fibrous preform of blade corresponding to platform preforms and tray spoilers dawn heel.
  • the two parts 302, 304 are in the form of strips extending generally in a direction X corresponding to the longitudinal direction of the blade to be produced.
  • the fibrous strip 302 has, in its part intended to form a blade preform, a variable thickness determined according to the profile thickness of the blade of the blade to be produced.
  • the fibrous band 302 In its part intended to form a foot preform, the fibrous band 302 has an extra thickness 303 determined according to the thickness of the root of the blade to be produced.
  • the fibrous web 302 has a width
  • the fibrous band 304 is of substantially constant thickness determined according to the thicknesses of platform and heel spoiler plate of the dawn to be made (or anti-tilt wall and blade heel pad plate).
  • the strip 304 comprises a first portion 304a extending along and in the vicinity of a first face 302a (intrados) of the strip 302, a second portion 304b extending along and in the vicinity of the second face 302b ( extrados) of the strip 302 and a third portion 305a which extends along and in the vicinity of the first face 302a of the strip 302.
  • the portions 304a and 304b are connected by a connecting portion 340c which extends transversely with respect to the strip 302 at a location corresponding to that of the platform of the blade to be produced.
  • the connecting portion 340c passes through the strip substantially perpendicular to the longitudinal direction of the fiber blank.
  • Parts 304b and 305a . are connected by a connecting portion 350c which extends transversely to the strip 302 in a corrugated profile at a location corresponding to that of the heel spoiler plate to achieve.
  • the connection portion 340c and / or the connecting portion 350c can cross the band 302 at a non-zero angle relative to the normal to the longitudinal direction X of the blank.
  • the profile of the connection portion 340c and / or that of the connecting portion 350c may be curvilinear instead of being straight as in the example shown.
  • the strips 302 and 304 are woven simultaneously by three-dimensional weaving, without bonding between the strip 302 and the portions 304a, 304b and 305a of the strip 304 and weaving a plurality of successive blanks 300 so that continue in the X direction.
  • Figures 4 to 6 show very schematically how a fibrous preform having a shape close to that of the blade to be manufactured can be obtained from the fiber blank 300.
  • the fibrous strip 302 is cut at one end in the excess thickness 303 and at another end a little beyond the connecting portion 350c to have a strip 320 of length corresponding to the longitudinal dimension of the blade to be manufactured with a portion bulge 330 formed by a portion of the extra thickness 303 and located at a location corresponding to the position of the foot of the blade to be manufactured.
  • the band 320 having a face 320a for forming the intrados side of the blade and a face 320b for forming the extrados side of the blade.
  • cutouts are made at the ends of the portions 304a, 305a . of the band 304 and in the portion 304b thereof to leave sections 340a and 340b on either side of the connecting portion 340c, and sections 350a and 350b on either side of the part of connection 350c, as shown in FIG. 4.
  • the lengths of the sections 340a, 340b and 350a, 350b are determined according to the lengths of platform and heel spoiler platform in the blade to be manufactured.
  • a fibrous preform 400 of the blade to be manufactured is then obtained by molding with deformation of the strip 302 to reproduce the curved profile of the blade of the blade and deformation of the plates 340, 360 to reproduce shapes similar to those of the platform and the blade spoiler plate of the blade, as shown in FIG. 6.
  • a preform is obtained with a portion 420 of blade preform, a portion 430 of preform of foot (with preform of stilt) and parts 440, 460 platform preform and heel preform.
  • FIG. 7 very schematically shows a fiber preform 500 making it possible, after densification by a die and possible machining, to obtain a vane made of a composite material with an anti-tilt wall and a plateau of integrated bead wipers such as the blade 200 illustrated by FIG. FIG. 2.
  • the preform 500 is obtained by three-dimensional weaving or multilayer weaving of three parts and cutting of these portions into sections as already described above in relation to FIGS. 3 to 5, and by molding with deformation of the strip to reproduce the curved profile of the blade of the blade and deformation of the lower and upper plates to reproduce shapes similar to those of the anti-tilt wall and the plate of bead wipers, as shown in Figure 7.
  • the steps of producing a blade preform from a fiber blank are advantageously performed after treatment of the fibers of the blank and impregnation thereof with a consolidation composition.
  • a three-dimensional weave of the fiber blank 300 will now be described in more detail.
  • the thickness variation of the band 302 over its width is obtained using variable title warp yarns.
  • the context of the warp threads (number of threads per unit of length in the weft direction) can be varied. weak allowing a greater thinning during the shaping of the preform by molding.
  • the son used can be silicon carbide (SiC) son provided under the name "Nicalon” by the Japanese company Nippon Carbon and having a title (number of filaments) of 0.5K (500 filaments) .
  • SiC silicon carbide
  • the chain is formed with 0.5K SiC yarns and 1K SiC yarns obtained by joining two 0.5K yarns, the two yarns being joined by wrapping.
  • the wrapping is advantageously carried out with a fugitive yarn that can be removed after weaving, for example a polyvinyl alcohol (PVA) yarn which can be eliminated by dissolving in water.
  • PVA polyvinyl alcohol
  • Table I below gives, for each column of warp threads, the texture (number of threads / cm in the length of the profile), the number of threads 0.5K, the number of threads 1K and the profile thickness. in mm, the latter varying here between 1 mm and 2.5 mm approximately:
  • FIGS. 10A, 10B show, in chain section, two successive planes of an armor that can be used for weaving the fibrous blank 300 out of the excess thickness 303.
  • the band 302 of the fibrous blank 300 comprises a set of layers of warp threads, the number of layers being here for example equal to 3 (Cn, Ca, Co layers).
  • the warp threads are bound by weft threads by three-dimensional weaving.
  • the band 304 also comprises a set of layers of warp threads, for example also equal to 3 (layers C 2 i, C 22, C 23) linked by weft threads t 2 by three-dimensional weaving, such as the band 302.
  • weft threads ti do not extend in the warp son layers of the web 304 and that the weft threads t 2 do not extend into the warp son layers of the web 302 so that ensure unbinding.
  • the weave is a multilayer weave made with satin or multi-satin weave.
  • Other types of three-dimensional weaving may be used, for example a multilayer weave multi-weave or interlock weave weave.
  • Interlock weaving is here understood to mean a weave in which each layer of weft threads binds several layers of warp yarns with all the threads of the same weft column having the same movement in the plane of the weave. .
  • FIG. 11A is a sectional view parallel to the warp and weft directions at the crossing of the strip 302 by the connection portion 340c of the strip 304 of the fiber blank of FIG. 3, the warp threads of this part connection being seen in section.
  • Each layer of warp yarns extends, in this connecting portion 340c, in a direction perpendicular to the weft direction of the strip 302.
  • the passage of the strip 304 from one side to the other of the strip 302 is achieved during weaving, by passing through all the warp and weft threads of the band 302 by each warp thread of the band 304, individually.
  • FIG. 11B is a cross-sectional view at the crossing of the strip 302 by the connecting portion 340c of the strip 304 of the fibrous blank of FIG. 3.
  • the part 340c extends perpendicular to the warp direction of the strip 302.
  • it may be a connecting portion 350c which extends at a non-zero angle by relative to the normal to the chain direction, depending on the desired orientation of the blade heel spoiler plate (or the heel pad plate).
  • FIG. 12A is a sectional view parallel to the warp and weft directions at the crossing of the strip 302 by the connecting portion 350c of the strip 304 of the fiber blank of FIG. 3, the warp threads of this part connection being seen in section.
  • Each layer of warp yarns extends, in this connecting portion 350c, in a direction perpendicular to the weft direction of the strip 302 in a corrugated profile.
  • FIG. 12B is a cross-sectional view at the crossing of the strip 302 by the connecting portion 350c of the strip 304.
  • the connecting portion 350c extends perpendicular to the chain direction of the strip 302 in a corrugated profile.
  • the connecting portion 340c it will be possible to have a connecting portion 350c that extends rectilinearly at a non-zero angle with respect to the normal to the warp direction, depending on the desired orientation of the spoiler tray dawn heel (or bead plate).
  • Thickness 303 can be obtained by using larger-sized weft yarns and additional layers of weft yarns, as shown, for example, in FIG. 13A.
  • the number of layers of weft threads passes in this example from 4 to 7 between a portion 302i of the strip 302, corresponding to the stilt of the blade, and the portion 302 3 of the strip 302 presenting the overthickness 303.
  • weft yarns t x , t'i, t of different titles are used, the son ti being for example SiC "Nicalon" son of title 0.5K (500 filaments), the son t ' i being obtained by the meeting of 2 son of 0.5K and son t "i by the meeting of 3 son of 0.5K.
  • the weave in the blank portion 302 3 requires more chain warp layers than in the portion 302; . This is advantageously done during the transition between the part 302 ⁇ . and the portion 302 3 by decreasing the number of chain planes by forming each chain plane in the portion 302 ; by joining the warp yarns of two chain planes of part 302i.
  • Figs. 13B and 13C show two adjacent chain planes in portion 302 ; and Figure 13D shows a chain plane obtained in the part 302 3 by the meeting of the chain plans of FIGS. 13B and 13C.
  • the different titles of the warp threads (as shown in Fig. 9) or weft threads (as shown in Fig.
  • FIGS. 13B, 13C, on the one hand, and FIG. 13D, on the other hand the dashes show how the warp threads of the various layers in FIGS. 13B, 13C form the warp son layers of FIG. 13D. .
  • the extra thickness 303 can be obtained by introducing an insert during the weaving of the strip 302.
  • the set couches of layers of weft threads of the part 3021 of the strip 302 corresponding to the stilt of the blade is divided by unbinding during weaving into two subsets Tu, T i2 between which an insert 303i is introduced.
  • the portion 302i has a greater thickness than that of the portion 302 2 of the band 302 corresponding to the blade of the blade.
  • the transition between the portion 302 2 and the portion 302i can be performed in the same manner as described above for the transition between the portions 3021 and 302 3 of Figure 13A.
  • the crossing of the ply 302 by the ply 304 at the connection portion 340c of FIG. 3 may possibly be carried out through the portion 302 r of greater thickness.
  • Ti2 frame son layers are reunited by weaving to form a portion 302 '. the same thickness as the portion 302: and then, by reduction of thickness, a part 302 '2 of same thickness as the part 302: the part 302' 2 forming the portion corresponding to a blade blade for following woven blank.
  • Insert 303 is preferably monolithic ceramic, preferably the same ceramic material as that of the matrix of the composite material of the blade to be manufactured.
  • the insert 303 can be a block of SiC obtained by sintering SiC powder.
  • a plurality of fibrous blanks 600 may be obtained by weaving a band 300 in which one or more rows of successive fibrous blanks are formed. Areas of over-lengths 610, 620 are formed in warp (only warp) and weft (only weft) to avoid edge phenomena related to weaving, allow greater freedom of deformation during the shaping of the preform and arranging transition zones between blanks 100.
  • FIG. 16 shows an alternative embodiment in which a strip 700 is made with a row of blanks 300 woven in the weft direction perpendicular to the longitudinal direction of the strip. Areas of over-lengths 710, 720 are also provided in the warp and weft directions. Several rows of blanks 300 may be woven, the width of the band 400 being adapted for this purpose.
  • FIG. 17 Successive steps of a method of manufacturing a composite material blade according to an embodiment of the invention are shown in FIG. 17.
  • a fibrous web is woven by three-dimensional weaving comprising a plurality of fibrous blanks, for example several rows of fibrous blanks oriented in a warp direction, as shown in FIG. 15.
  • a fibrous web is woven by three-dimensional weaving comprising a plurality of fibrous blanks, for example several rows of fibrous blanks oriented in a warp direction, as shown in FIG. 15.
  • step 502 the fibrous web is treated to remove the size on the fibers and the presence of oxide on the surface of the fibers.
  • the removal of the oxide is obtained by acid treatment, in particular by immersion in a hydrofluoric acid bath. If the size can not be removed by the acid treatment, a prior treatment for removing the size is carried out, for example by decomposition of the size by short heat treatment.
  • a thin layer of interphase coating is formed on the fibers of the fibrous web by chemical vapor infiltration or CVI ("Chemical Vapor Infiltration").
  • the material of interphase coating is for example pyrolytic carbon or pyrocarbon (PyC), boron nitride (BN) or carbon doped with boron (BC, with for example 5% at 20% at B, the complement being C) .
  • the thin layer of interphase coating is preferably thin, for example at most equal to 100 nanometers, or even at most 50 nanometers, so as to maintain good deformation capacity of the fibrous blanks. Preferably, the thickness is at least 10 nanometers.
  • the fibrous web with the fibers coated with a thin interphase coating layer is impregnated with a consolidation composition, typically a resin optionally diluted in a solvent.
  • a consolidation composition typically a resin optionally diluted in a solvent.
  • a carbon precursor resin for example a phenolic or furanic resin
  • a ceramic precursor resin for example a polysilazane resin or polysiloxane precursor of SiC.
  • pre-crosslinking of the resin can be performed (step 506).
  • Pre-crosslinking or incomplete crosslinking makes it possible to increase the stiffness, and therefore the strength, while preserving the deformation capacity necessary for the production of blade preforms.
  • step 507 the individual fibrous blanks are cut, as shown in FIG. 4.
  • step 508 a fibrous blank thus cut is shaped (as illustrated in FIGS. 5 to 7) and placed in a mold, for example made of graphite for shaping the blade preform part and foot and preform parts. platform and heel.
  • crosslinking of the resin is completed (step 509) and the crosslinked resin is pyrolyzed (step 510).
  • Crosslinking and pyrolysis can be chained by gradually raising the temperature in the mold.
  • a fibrous preform consolidated by the pyrolysis residue is obtained.
  • the amount of consolidation resin is chosen so that the pyrolysis residue binds the fibers of the preform sufficiently so that it can be manipulated by maintaining its shape without the assistance of a tool, being noted that the amount of resin consolidation is preferably chosen as low as possible. Sizing removal, acid treatment and interphase coating formation steps for an SiC fiber substrate are known. Reference can be made to US 5,071,679.
  • a second interphase layer is formed by CVI (step 511) in order to generally obtain a fiber-matrix interphase having a thickness sufficient to perform its function of defragilating the composite material.
  • the second interphase layer may be of a material selected from PyC, BN, BC, not necessarily the same as that of the first interphase layer.
  • the thickness of the second interphase layer is preferably at least 100 nanometers.
  • Densification by a matrix of the consolidated preform is then performed.
  • the matrix is ceramic, for example SiC.
  • the densification can be carried out by CVI, in which case the formation of the second interphase layer and the densification by the matrix can be chained in the same furnace.
  • Densification can be carried out in two successive stages
  • Steps 512 and 514) separated by a machining step 513 of the blade to the desired dimensions.
  • a pre-machining can be carried out between steps 509 and 510, that is to say after crosslinking and before pyrolysis of the resin.
  • Step 601 of three-dimensional weaving of a fibrous web comprising a plurality of fibrous blanks and step 602 of sizing removal and oxide treatment are similar to steps 501 and 502 of the embodiment of FIG. 16.
  • step 603 individual fibrous blanks are cut from the fibrous web, and then each individual fibrous blank is shaped in a mold or shaper (step 604) to obtain a fibrous blade preform by conformation of the preform portion of blade and foot and preform parts of platform and heel.
  • a defrosting interphase coating is formed by CVI on the fibers of the preform held in the shaper.
  • the interphase coating material is, for example, PyC, BN or BC, as previously mentioned.
  • the thickness of the interphase coating is about one to a few hundred nanometers.
  • the preform is still maintained in the shaper, consolidation of the preform by partial densification is performed (step 606), consolidation being achieved by ceramic deposition on the fibers by CVI.
  • CVI interphase coating and CVI ceramic deposition consolidation can be chained in the same CVI furnace.
  • the shaper is preferably made of graphite and has holes facilitating the passage of the reaction gas phases giving the interphase deposit and the ceramic deposition by CVI.
  • the consolidated preform is extracted from the shaper and the densification by a ceramic matrix by CVI is performed.
  • the densification can be carried out in two successive steps (steps 607 and 609) separated by a step 608 of machining the blade to the desired dimensions.
  • variable thickness blade profile by the use of variable son of title and / or texture. It is possible, alternatively, to produce the portion of fiber blank corresponding to the blade preform portion with a number of layers of son of the same title and with fixed thread, the thickness variation of the profile being made during machining after first densification step or during pre-machining of the consolidated blade preform.
  • the fibers of the fibrous reinforcement of the blade may be of a material other than a ceramic, for example carbon, and the matrix may be in a material other than a ceramic, for example carbon or a resin, the invention is of course also applicable to the manufacture of blades of organic matrix composite material.
  • FIG. 19 shows the mounting on a turbomachine rotor or disc 800 of a plurality of blades 810, 820, 830, 840, 850 and 860, the blades 810, 830 and 850 having a structure similar to the blade 100 of FIGS. FIG. 1 while the blades 820, 840 and 860 have a structure similar to the blade 200 of FIG. 2.
  • the blades 810, 820, 830, 840, 850 and 860 are mounted on the rotor 800 by engaging the feet 811, 821, 831, 841, 851 and 861 of each blade respectively in housings 801, 802, 803, 804, 805. and 806 of corresponding shape arranged at the periphery of the rotor.
  • the blades 810, 830 and 850 respectively comprise, at the level of the inner radial end of their blades 816, 836 and 856, a platform 812, 832 and 852 (including at its ends of the spoilers) while being devoid of an anti-tilt wall usually also present in this area.
  • blades 810, 830 and 850 each comprise, respectively, at the outer radial end of their blade 816, 836 and 856, a plate of blade heel spoilers 814, 834 and 854 while being devoid of wipers usually also present in this area.
  • the blades 820, 840 and 860 respectively comprise, at the level of the inner radial end of their blades 826, 846 and 866, an anti-tip wall 823, 843 and 863. while being devoid of a platform usually present in this area.
  • the vanes 820, 840 and 860 respectively comprise, at the level of the outer radial end of their blades 826, 846 and 866, a plate of darts of blade heel 825, 845 and 865 while being devoid of spoilers usually also present in this area.
  • each inner radial end of the blade blades of the type of blade 100 already described, for example the blade 820 is surrounded by the underside of the blade, here the blade 826, by the recessed portion 812a of the platform 812 of the blade 810 and the extrados side, by the projecting portion 832b of the platform 832 of the 830.
  • each outer radial end of the blade blades of the blade type 100 already described, for example the blade 820, is surrounded on the underside of the blade, here the blade 826, by the recessed portion 814a of the plate of the blade. spoilers 814 of the blade 810 and the extrados side, by the projecting portion 834b of the spoiler plate 834 of the blade 830.
  • the radial outer end of a blade of a blade of the type of the dawn 200 already described between the plates of spoilers of two blades of the type of blade 100 already described and arranged on each side of the blade of the type of the blade 200.
  • vein definition function is provided by the meeting of platforms 812, 832 and 852 and heel spoiler plates 814, 834 and 854.
  • the meeting of the dovetail plate trays 825, 845 and 865 forms a continuous wall of wipers above the trays of dowel spoilers thus ensuring the sealing function.
  • the edges of adjacent anti ⁇ tilting walls are not joined. However, the edges of these walls can be extended and have complementary shapes to form a continuous wall under the platforms.
  • the distance D1 between the platforms 812, 832 and 852 and the spoiler trays 814, 834 and 854 of the blades 810, 830 and 850 is less than the distance D2 between the anti-tilt walls 823, 843 and 863 and the trays of wipers. 825, 845 and 865 blades 820, 840 and 860 to allow their interlocking with each other.
  • a set of blades according to the invention may be formed by a first blade and a second blade respectively of the type of the blade 100 and the blade 200 described above.
  • the dawn 100 described above in connection with FIG. 2 comprises a platform 140 and a blade heel spoiler plate 160 while being devoid of anti-tilt walls and blade heel wipers while the dawn 200 includes an anti-tip wall 150 and a dawn heel plate 170 while being devoid of platform and spoilers of blade heel.
  • a first blade of the blade set according to the invention may comprise a platform and a dart heel plate and be devoid of anti-tilt wall and heel spoiler plate. dawn while the second dawn dawn may include an anti-tilt wall and a dawn spur deck tray and be devoid of platform and dawn heel pad platform.

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Abstract

Aube (100) de turbomachine en matériau composite comprenant un renfort fibreux obtenu par tissage tridimensionnel de fils et densifié par une matrice, l'aube comprenant une première partie constitutive de pale (120) et pied (130) d'aube. La première partie forme une seule pièce avec au moins une deuxième partie constitutive d'une plateforme d'aube ( 140), ladite aube étant alors dépourvue d'un muret anti-basculement d'aube, ou d'un muret anti-basculement d'aube, ladite aube étant alors dépourvue d'une plateforme d'aube. La première partie forme en outre une seule pièce avec au moins une troisième partie constitutive d'un plateau de becquets de talon d'aube (160), l'aube étant alors dépourvue de plateau de léchettes de talon d'aube, ou d'un plateau de léchettes de talon d'aube, ladite aube étant alors dépourvue d'un plateau de becquets de talon d'aube.

Description

Titre de l'invention
Aube de turbomachine à géométrie complémentaire
paire/impaire et son procédé de fabrication Arrière-plan de l'invention
L'invention concerne des aubes de turbomachine en matériau composite comportant un renfort fibreux densifié par une matrice.
Le domaine visé est celui d'aubes de turbines à gaz pour moteurs aéronautiques ou turbines industrielles.
La réalisation d'aubes en matériau composite pour des turbomachines a déjà été proposée. On se référera notamment à la demande de brevet international PCT/FR2009/052309 déposée conjointement par Snecma et Snecma Propulsion Solide. Cette demande décrit la fabrication d'une aube de turbomachine en matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice. De façon plus précise, ce procédé présente la particularité que l'ébauche fibreuse réalisée par tissage tridimensionnel est mise en forme pour obtenir une préforme fibreuse en une seule pièce ayant une première partie formant préforme de pale et pied d'aube et au moins une deuxième partie formant préforme de plateforme ou talon d'aube. Ainsi, après densification de la préforme, il est possible d'obtenir une aube en matériau composite ayant un renfort fibreux constitué par la préforme et densifié par la matrice, et formant une seule pièce avec plateforme et/ou talon intégrés.
L'aube obtenue par un tel procédé présente l'inconvénient que son talon ne peut pas intégrer à la fois une fonction d'étanchéité avec le carter qui entoure les aubes (par la présence de léchettes) et une fonction aérodynamique (par la présence de becquets de recouvrement délimitant à l'extérieur la veine d'écoulement du flux gazeux dans la turbine).
La demande de brevet français n° 09 58931 déposée conjointement par Snecma et Snecma Propulsion Solide, décrit la réalisation d'une aube en matériau composite formant une seule pièce avec plateforme et talon intégré, le talon assurant à la fois la fonction d'étanchéité et la fonction aérodynamique.
Cependant, la réalisation d'un tel talon avec le procédé décrit dans la demande de brevet français n° 09 58931 implique notamment des opérations de mise en forme et de moulage avec des textures fibreuses double couche, opérations qui sont tout à fait réalisables mais qui peuvent être plus complexes à réaliser qu'avec des structures simple couche. En outre, l'aube ainsi réalisée n'intègre pas de muret anti-basculement.
Par ailleurs, en cas d'endommagement du talon de l'aube fabriquée selon le procédé décrit dans la demande de brevet français n° 09 58931, la fonction aérodynamique et la fonction d'étanchéité sont toutes les deux impactées car le talon est formé d'une seule pièce assurant ces deux fonctions.
Objet et résumé de l'invention
Il est donc souhaitable de pouvoir disposer d'aubes de turbomachine en matériau composite, notamment mais non nécessairement en matériau composite thermostructural tel qu'en CMC, pour des turbines ou compresseurs de turbomachines, aubes qui sont relativement simples à fabriquer et qui intègrent les fonctions requises, notamment les fonctions d'étanchéité, de définition de veine du flux d'écoulement (fonction aérodynamique), et d'anti-basculement.
A cet effet, selon la présente invention, il est proposé un procédé de fabrication d'une aube de turbomachine en matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice, le procédé comprenant ;
- la réalisation par tissage tridimensionnel d'une ébauche fibreuse en une seule pièce,
- la mise en forme de l'ébauche fibreuse pour obtenir une préforme fibreuse d'aube en une seule pièce ayant ;
- une première partie formant préforme de pale et pied d'aube,
- une deuxième partie formant préforme d'une plateforme d'aube, ladite préforme d'aube étant alors dépourvue de préforme de muret anti-basculement d'aube, ou formant préforme d'un muret antibasculement d'aube, ladite préforme d'aube étant alors dépourvue de préforme de plateforme d'aube, et
- une troisième partie formant préforme d'un plateau de becquets de talon d'aube, ladite préforme d'aube étant alors dépourvue de préforme de plateau de léchettes de talon d'aube, ou - une deuxième partie formant préforme d'un muret antibasculement d'aube, ladite préforme d'aube étant alors dépourvue de préforme de plateforme d'aube, et
- une troisième partie formant préforme d'un plateau de becquets de talon d'aube, ladite préforme d'aube étant alors dépourvue de préforme de plateau de léchettes de talon d'aube, ou formant préforme d'un plateau de léchettes de talon d'aube, ladite préforme d'aube étant alors dépourvue de préforme de plateau de becquets de talon d'aube,
- la densification de la préforme par une matrice pour obtenir une aube en matériau composite ayant un renfort fibreux constitué par la préforme et densifié par la matrice, et formant une seule pièce avec deux des éléments suivants: plateforme d'aube, muret anti-basculement d'aube, becquets de talon d'aube ou avec deux des éléments suivants ; muret anti-basculement d'aube, becquets de talon d'aube et léchettes de talon d'aube.
Par rapport au procédé décrit dans la demande de brevet n° 09 58931, l'invention prévoit de faire assurer par une première aube deux des fonctions suivantes: définition de veine radiale interne, définition de veine radiale externe, étanchéité et anti-basculement et par une deuxième aube les deux autres fonctions non assurées par la première aube, chacune de ces fonctions étant réalisées par des parties distinctes des aubes qui sont fabriquées avec des textures simple couche. Les première et deuxième aubes ainsi réalisées présentent des géométries complémentaires qui permettent, en imbriquant successivement ces première et deuxième aubes, d'assurer toutes les fonctions requises sur les deux faces des pales en regard de chacune de ces aubes.
Selon une particularité avantageuse du procédé, dans la direction longitudinale de l'ébauche fibreuse correspondant à la direction longitudinale de l'aube à fabriquer, l'ébauche fibreuse comprend un premier ensemble de plusieurs couches de fils qui sont liées entre elles pour former une première partie de l'ébauche correspondant à la préforme de pale et pied d'aube, et un deuxième ensemble de plusieurs couches de fils qui sont liées entre elles au moins localement pour former une deuxième partie de l'ébauche correspondant à une préforme de plateforme ou de muret anti-basculement et une troisième partie de l'ébauche correspondant à une préforme de plateau de becquets ou de léchettes de talon d'aube, les fils du premier ensemble de couches de fils n'étant pas liés aux fils du deuxième ensemble de couches de fils, et le premier ensemble de couches de fils étant traversé par des fils du deuxième ensemble de couches de fils au niveau de la ou de chaque deuxième partie de l'ébauche.
L'aménagement de zones de déliaison permet une mise en forme de la préforme fibreuse sans coupe de fils de liage, une telle coupe pouvant amoindrir la tenue mécanique du renfort fibreux, donc de l'aube fabriquée.
Selon une autre particularité du procédé, l'ébauche fibreuse est tissée avec un deuxième ensemble continu de couches de fils et la mise en forme de l'ébauche fibreuse comprend l'élimination par découpe de parties du deuxième ensemble de couches de fils extérieures à la deuxième partie de l'ébauche fibreuse et à la troisième partie de l'ébauche fibreuse.
Selon encore une autre particularité du procédé, à l'emplacement ou au moins à l'un des emplacements où le premier ensemble de couches de fils est traversé par des fils du deuxième ensemble de couches de fils, l'intersection entre une couche de fils du premier ensemble et une couche de fils du deuxième ensemble suit une ligne non orthogonale à la direction longitudinale de l'ébauche fibreuse.
On peut ainsi fabriquer une aube en matériau composite avec une plateforme et/ou un talon qui s'étend d'une façon générale non perpendiculairement à la direction longitudinale de l'aube.
Selon encore une autre particularité du procédé, dans la première partie de l'ébauche fibreuse et dans une direction correspondant à celle s'étendant le long du profil d'une pale d'épaisseur variable dans l'aube à fabriquer, le nombre de couches de fils en direction longitudinale dans le premier ensemble de couches de fils est constant. Les fils du premier ensemble de fils peuvent alors être de titre et/ou de contexture variable.
Avantageusement, l'on réalise par tissage tridimensionnel une bande comprenant une succession d'ébauches fibreuses. Celles-ci peuvent ensuite être découpées dans la bande. Les ébauches peuvent être tissées avec la direction longitudinale de l'aube à fabriquer en sens trame ou en sens chaîne. Selon la présente invention, il est proposé aussi une aube de turbomachine en matériau composite comprenant un renfort fibreux obtenu par tissage tridimensionnel de fils et densifié par une matrice, l'aube comprenant une première partie constitutive de pale et pied d'aube, caractérisée en ce que ladite première partie forme une seule pièce avec au moins :
- une deuxième partie constitutive d'une plateforme d'aube, ladite aube étant alors dépourvue d'un muret anti-basculement d'aube, ou d'un muret anti-basculement d'aube (250), ladite aube étant alors dépourvue d'une plateforme d'aube, et
- une troisième partie constitutive d'un plateau de becquets de talon d'aube, ladite aube étant alors dépourvue de plateau de léchettes de talon d'aube, ou
- une deuxième partie constitutive d'un muret anti-basculement d'aube, ladite aube étant alors dépourvue d'une plateforme d'aube, et
- une troisième partie constitutive d'un plateau de becquets de talon d'aube, ladite aube étant alors dépourvue de plateau de léchettes de talon d'aube, ou d'un plateau de léchettes de talon d'aube, ladite aube étant alors dépourvue d'un plateau de becquets de talon d'aube.
L'invention propose en outre un jeu d'aubes comprenant une première et une deuxième aubes selon l'aube de l'invention, la deuxième partie de la première aube étant constitutive d'une plateforme d'aube, la première aube étant alors dépourvue d'un muret anti-basculement d'aube, la troisième partie de la première aube étant constitutive d'un plateau de becquets de talon d'aube, la première aube étant alors dépourvue de plateau de léchettes de talon d'aube, la deuxième partie de la deuxième aube étant constitutive d'un muret anti-basculement d'aube, la deuxième aube étant alors dépourvue d'une plateforme d'aube, la troisième partie de la deuxième aube étant constitutive d'un plateau de léchettes de talon d'aube, la deuxième aube étant alors dépourvue d'un plateau de becquets de talon d'aube.
Selon une variante de réalisation, l'invention propose encore un jeu d'aubes comprenant une première et une deuxième aubes selon l'aube de l'invention, la deuxième partie de la première aube étant constitutive d'un muret anti-basculement d'aube, la première aube étant alors dépourvue d'une plateforme d'aube, la troisième partie de la première aube étant constitutive d'un plateau de becquets de talon d'aube, la première aube étant alors dépourvue de plateau de léchettes de talon d'aube, la deuxième partie de la deuxième aube étant constitutive d'une plateforme d'aube, la deuxième aube étant alors dépourvue d'un muret anti-basculement d'aube, la troisième partie de la deuxième aube étant constitutive d'un plateau de léchettes de talon d'aube, la deuxième aube étant alors dépourvue d'un plateau de becquets de talon d'aube.
L'aube peut être en un matériau composite à matrice céramique.
Selon une particularité de l'aube, des fils constitutifs de la partie du renfort fibreux correspondant à la deuxième partie de l'aube traversent la partie du renfort fibreux correspondant à la première partie de l'aube.
La pale de l'aube peut avoir un profil d'épaisseur variable le long duquel la partie de renfort fibreux correspondant à la première partie de l'aube a, dans la direction longitudinale de l'aube, un nombre constant de couches de fils ayant un titre et/ou une contexture variable, ou un nombre variable de couches de fils.
L'invention vise aussi un rotor ou disque de turbomachine et une turbomachine équipés d'une pluralité de jeux d'aubes telles que définies ci-avant.
Brève description des dessins
L'invention sera mieux comprise à la description faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est une vue en perspective d'une aube de turbomachine à plateforme et plateau de becquets de talon intégrés ;
- la figure 2 est une vue en perspective d'une aube de turbomachine à muret anti-basculement et plateau de léchettes de talon intégrés ;
- la figure 3 illustre de façon très schématique la disposition de deux ensembles de couches de fils dans une ébauche fibreuse tissée tridimensionnelle destinée à la réalisation d'une préforme fibreuse pour une aube telle que celle illustrée par la figure 1 ; - les figures 4 et 5 illustrent des étapes successives de réalisation d'une préforme fibreuse pour une aube telle qu'illustrée par la figure 1, à partir de l'ébauche fibreuse de la figure 3 ;
- les figures 6 et 7 illustrent des étapes successives de réalisation d'une préforme fibreuse pour une aube telle qu'illustrée par la figure 2, à partir de l'ébauche fibreuse de la figure 3 ;
- la figure 8 est une vue en coupe montrant le profil, mis à plat, d'une pale d'aube telle que celle de la figure 1 ou 2 ;
- la figure 9 est une vue en coupe d'un ensemble de couches de fils de chaîne permettant d'obtenir un profil tel que celui de la figure 8 ;
- les figures 10A et 10B sont des vues en coupe chaîne montrant un mode de tissage de l'ébauche fibreuse de la figure 1 ;
- la figure 11A est une vue partielle en coupe selon un plan parallèle aux directions chaîne et trame dans une partie de l'ébauche fibreuse de la figure 3 correspondant à l'emplacement de jonction entre pale et plateforme ou muret anti-basculement d'aube ;
- la figure 11B est une vue partielle en coupe trame dans une partie de l'ébauche fibreuse de la figure 3 correspondant à l'emplacement de jonction entre pale et plateforme ou muret anti-basculement d'aube ;
- la figure 12A est une vue partielle en coupe selon un plan parallèle aux directions chaîne et trame dans une partie de l'ébauche fibreuse de la figure 3 correspondant à l'emplacement de jonction entre pale et plateau de becquets ou de léchettes de talon d'aube ;
- la figure 12B est une vue partielle en coupe trame dans une partie de l'ébauche fibreuse de la figure 3 correspondant à l'emplacement de jonction entre pale et plateau de becquets ou de léchettes de talon d'aube ;
- la figure 13A est une vue en coupe trame montrant un exemple de disposition de fils de trame dans une partie d'ébauche fibreuse correspondant à une partie de pied de pale ;
- les figures 13B à 13D sont des vues en coupe trame montrant des plans de chaîne pour un exemple de tissage tridimensionnel (multicouches) dans la partie d'ébauche fibreuse de la figure 13A ;
- la figure 14 est une vue schématique partielle en coupe montrant un autre mode de réalisation d'une partie d'ébauche correspondant à un pied de pale ; - les figures 15 et 16 illustrent très schématiquement deux modes de réalisation d'une bande fibreuse tissée obtenue par tissage tridimensionnel comprenant une pluralité d'ébauches fibreuses telles que celle de la figure 3 ;
- la figure 17 indique des étapes successives d'un mode de réalisation d'un procédé de fabrication d'une aube de turbomachine conformément à l'invention ;
- la figure 18 indique des étapes successives d'un autre mode de réalisation d'un procédé de fabrication d'une aube de turbomachine conformément à l'invention; et
- la figure 19 montre le montage sur un rotor de turbomachine d'une pluralité d'aubes similaires à celles des figures 1 et 2.
Description détaillée de modes de réalisation
L'invention est applicable à différents types d'aubes de turbomachine à plateformes et/ou talon intégrés, notamment des aubes de compresseur et de turbine de différents corps de turbines à gaz, par exemple une aube de roue mobile de turbine basse pression (BP), telle que celles illustrées par les figures 1 et 2.
La figure 1 illustre une première aube 100 qui comprend de façon en soi bien connue, une pale 120, un pied 130 formé par une partie de plus forte épaisseur, par exemple à section en forme de bulbe, prolongé par une échasse 132. La pale 120 s'étend en direction longitudinale entre son pied 130 et son sommet 121 et présente en section transversale un profil incurvé d'épaisseur variable délimitant deux faces 122 et 123, correspondant respectivement à l'extrados et à l'intrados de la pale 120 et reliant chacune le bord d'attaque 120a et le bord de fuite 120b de cette dernière.
L'aube 100 est montée sur un rotor de turbine (non illustré) par engagement du pied 130 dans un logement de forme correspondante aménagé à la périphérie du rotor.
Conformément à un mode de réalisation de l'invention, la pale 120 comprend en outre une plateforme d'aube 140 et un plateau de becquets de talon d'aube 160.
Plus précisément, à son extrémité radiale interne, la pale 120 se raccorde à la plateforme d'aube 140 dont la face externe (ou supérieure) 142 délimite, radialement à l'intérieur, la veine d'écoulement d'un flux gazeux f. Dans ses parties d'extrémité amont et aval (dans le sens f d'écoulement du flux gazeux), la plateforme 140 se termine par des becquets de recouvrement 144 et 146, En outre, entre ses parties d'extrémité amont et aval, la plateforme 140 présente une portion évidée
147 sur son bords situé du côté de la face 123 de la pale 120, la forme de la portion évidée 147 étant définie pour coopérer avec la face 222 (extrados) de la pale 200 décrite ci-après et avec laquelle l'aube 100 est destinée à coopérer. Sur son bord opposé, c'est-à-dire celui présent du côté 122 de la pale 120, la plateforme 140 présente une portion saillante
148 dont la forme est définie pour coopérer avec la face 223 (intrados) de la pale 200 décrite ci-après et avec laquelle l'aube 100 est destinée à coopérer.
Dans l'exemple illustré, la face 142 de la plateforme est sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale de l'aube. Selon le profil souhaité de la surface intérieure de la veine d'écoulement de flux gazeux, la face 142 de la plateforme peut être également inclinée en formant globalement un angle non nul par rapport à la normale à la direction longitudinale de l'aube, ou la face 142 pourrait avoir un profil globalement non rectiligne, par exemple incurvé.
La pale 120 se raccorde en outre à son extrémité radiale externe à un plateau de becquets de talon d'aube 160 qui délimite sur sa face interne 161 (inférieure), radialement à l'extérieur, la veine d'écoulement du flux gazeux f. Dans ses parties d'extrémité amont et aval, le plateau de becquets de talon d'aube 160 se termine par des becquets de recouvrement 162 et 163.
En outre, entre ses parties d'extrémité amont et aval, le plateau de becquets de talon d'aube 160 présente une portion évidée 164 sur son bords situé du côté de la face 123 de la pale 120, la forme de la portion évidée 164 étant définie pour coopérer avec la face 222 (extrados) de la pale 200 décrite ci-après et avec laquelle l'aube 100 est destinée à coopérer. Sur son bord opposé, c'est-à-dire celui présent du côté 122 de la pale 120, le plateau de becquets de talon d'aube 160 présente une portion saillante 165 dont la forme est définie pour coopérer avec la face 223 (intrados) de la pale 200 décrite ci-après et avec laquelle l'aube 100 est destinée à coopérer. Dans l'exemple illustré, la face 161 du plateau de becquets de talon d'aube 160 s'étend sensiblement perpendiculairement à la direction longitudinale de l'aube. En variante, selon le profil souhaité de la surface extérieure de la veine d'écoulement de flux gazeux, la face 161 pourrait être inclinée en formant globalement un angle non nul par rapport à la normale à la direction longitudinale de l'aube ou la face 161 pourrait avoir un profil globalement non rectiligne, par exemple incurvé.
Par ailleurs, la pale 120 est dépourvue de muret anti- basculement à son extrémité radiale interne et de léchettes de talon d'aube à son extrémité radiale externe.
La figure 2 illustre une deuxième aube 200 destinée à coopérer avec l'aube 100 et qui comprend une pale 220, un pied 230 formé par une partie de plus forte épaisseur, par exemple à section en forme de bulbe, prolongé par une échasse 232. La pale 200 s'étend en direction longitudinale entre son pied 230 et son sommet 221 et présente en section transversale un profil incurvé d'épaisseur variable délimitant deux faces 222 et 223, correspondant respectivement à l'extrados et à l'intrados de la pale 200 et reliant chacune le bord d'attaque 220a et le bord de fuite 220b de cette dernière. L'aube 200 est montée sur un rotor de turbine (non illustré) par engagement du pied 230 dans un logement de forme correspondante aménagé à la périphérie du rotor.
Conformément à un mode de réalisation de l'invention, à son extrémité radiale, la pale 220 se raccorde à un muret anti-basculement 250 qui comporte à ses extrémités amont et aval des flancs 251 et 252 aptes à prévenir le basculement de l'aube lorsque cette dernière est montée sur un rotor de turbine.
Entre ses extrémités amont et aval, le muret anti-basculement 250 présente une portion évidée 253 sur son bords situé du côté de la face 223 de la pale 220, la forme de la portion évidée 253 étant définie pour coopérer avec la face 122 (extrados) de la pale 100 décrite ci-avant et avec laquelle l'aube 200 est destinée à coopérer. Sur son bord opposé, c'est-à-dire celui présent du côté 222 de la pale 220, le muret anti- basculement 250 présente une portion saillante 254 dont la forme est définie pour coopérer avec la face 123 (intrados) de la pale 100 décrite ci- après et avec laquelle l'aube 200 est destinée à coopérer. En outre, à son extrémité radiale externe, la pale 220 se raccorde à un plateau de léchettes de talon d'aube 270. Sur sa face externe (supérieure) 272, le plateau de léchettes de talon d'aube 270 délimite une dépression ou baignoire 273. Le long des bords amont et aval de la baignoire 273, le plateau 270 porte des léchettes 274 et 275 à profil en forme de dents dont les extrémités peuvent pénétrer dans une couche de matériau abradable d'un anneau de turbine (non représenté) pour réduire le jeu entre le sommet d'aube et l'anneau de turbine.
Les parties centrales du muret anti-basculement 250 et du plateau de léchettes de talon d'aube 270 s'étendent sensiblement perpendiculairement à la direction longitudinale de l'aube. En variante, selon le profil souhaité de la surface extérieure de la veine d'écoulement de flux gazeux, les parties centrales de ces éléments pourraient être inclinées en formant globalement un angle non nul par rapport à la normale à la direction longitudinale de l'aube ou pourraient avoir un profil globalement non rectiligne, par exemple incurvé.
La pale 220 est par ailleurs dépourvue de plateforme à son extrémité radiale interne et de plateau de becquets de talon d'aube à son extrémité radiale externe, ces deux éléments étant rapportés sur l'aube 200 lors de son montage avec des aubes 100 comme expliqués ci-après.
Ainsi, avec sa plateforme 140 et son plateau de becquets de talon d'aube 160, l'aube 100 assure la fonction de définition de veine tandis qu'avec son muret anti-basculement 250 et son plateau de léchettes de talon d'aube 270, l'aube 200 assure les fonctions d'anti- basculement et d'étanchéité.
La figure 3 montre très schématiquement une ébauche fibreuse 300 à partir de laquelle une préforme fibreuse d'aube peut être mise en forme afin, après densification par une matrice et usinage éventuel, d'obtenir une aube en matériau composite à plateforme et plateau de becquets de talon intégrés telle que l'aube 100 illustrée par la figure 1.
L'ébauche 300 comprend deu parties 302, 304 obtenues par tissage tridimensionnel ou tissage multicouches, seules les enveloppes de ces deux parties étant représentées sur la figure 3. La partie 302 est destinée, après mise en forme, à constituer une partie de préforme fibreuse d'aube correspondant à une préforme de pale et pied d'aube, cette partie présentant une face 302a destinée à former le côté intrados de la pale et une face 302b destinée à former le côté extrados de la pale, La partie 304 est destinée, après mise en forme, à constituer les parties de préforme fibreuse d'aube correspondant à des préformes de plateforme et de plateau de becquets de talon d'aube.
Les deux parties 302, 304 sont sous forme de bandes s'étendant de façon générale dans une direction X correspondant à la direction longitudinale de l'aube à réaliser, La bande fibreuse 302 présente, dans sa partie destinée à former une préforme de pale, une épaisseur variable déterminée en fonction de l'épaisseur de profil de la pale de l'aube à réaliser. Dans sa partie destinée à former une préforme de pied, la bande fibreuse 302 présente une surépaisseur 303 déterminée en fonction de l'épaisseur du pied de l'aube à réaliser.
La bande fibreuse 302 a une largeur | choisie en fonction de la longueur du profil développé (à plat) de la pale et du pied de l'aube à réaliser tandis que la bande fibreuse 304 a une largeur L supérieure à I choisie en fonction des longueurs développées de la plateforme et du plateau de becquet de talon de l'aube à réaliser (ou du muret antibasculement et de plateau de léchettes de talon d'aube à réaliser).
La bande fibreuse 304 est d'épaisseur sensiblement constante déterminée en fonction des épaisseurs de plateforme et de plateau de becquets de talon de l'aube à réaliser (ou de muret anti-basculement et de plateau de léchettes de talon d'aube). La bande 304 comprend une première partie 304a qui s'étend le long et au voisinage d'une première face 302a (intrados) de la bande 302, une deuxième partie 304b qui s'étend le long et au voisinage de la deuxième face 302b (extrados) de la bande 302 et une troisième partie 305a qui s'étend le long et au voisinage de la première face 302a de la bande 302.
Les parties 304a et 304b se raccordent par une partie de raccordement 340ç qui s'étend transversalement par rapport à la bande 302 à un emplacement correspondant à celui de la plateforme de l'aube à réaliser. La partie de raccordement 340c traverse la bande sensiblement perpendiculairement à la direction longitudinale de l'ébauche fibreuse. Les parties 304b et 305a. se raccordent par une partie de raccordement 350c qui s'étend transversalement par rapport à la bande 302 suivant un profil ondulé à un emplacement correspondant à celui du plateau de becquets de talon à réaliser. Selon la géométrie souhaitée au niveau du plateau de becquets de talon de l'aube, la partie de raccordement 340c et/ou la partie de raccordement 350ç pourront traverser la bande 302 en formant un angle non nul par rapport à la normale à la direction longitudinale X de l'ébauche. En outre, le profil de la partie de raccordement 340c et/ou celui de la partie de raccordement 350ç pourront être curvilignes au lieu d'être rectilignes comme dans l'exemple illustré.
Comme décrit plus en détail plus loin, les bandes 302 et 304 sont tissées simultanément par tissage tridimensionnel, sans liaison entre la bande 302 et les parties 304a, 304b et 305a de la bande 304 et en tissant une pluralité d'ébauches 300 successives de façon continue dans la direction X.
Les figures 4 à 6 montrent très schématiquement comment une préforme fibreuse ayant une forme proche de celle de l'aube à fabriquer peut être obtenue à partir de l'ébauche fibreuse 300.
La bande fibreuse 302 est coupée à une extrémité dans la surépaisseur 303 et à une autre extrémité un peu au-delà de la partie de raccordement 350ç pour avoir une bande 320 de longueur correspondant à la dimension longitudinale de l'aube à fabriquer avec une partie renflée 330 formée par une partie de la surépaisseur 303 et située à un emplacement correspondant à la position du pied de l'aube à fabriquer. La bande 320 présentant une face 320a destinée à former le côté intrados de la pale et une face 320b destinée à former le côté extrados de la pale.
En outre, des découpes sont pratiquées aux extrémités des parties 304a, 305a. de la bande 304 et dans la partie 304b de celle-ci pour laisser subsister des tronçons 340a et 340b de part et d'autre de la partie de raccordement 340c, et des tronçons 350a et 350b de part et d'autre de la partie de raccordement 350c, comme le montre la figure 4. Les longueurs des tronçons 340a, 340b et 350a, 350b sont déterminées en fonction des longueurs de plateforme et de plateau de becquets de talon dans l'aube à fabriquer.
Du fait de la déliaison entre la bande 302 de l'ébauche fibreuse, d'une part, et les parties 304a, 304b et 305a, d'autre part, les tronçons 340a, 340b, 350a et 350b peuvent être rabattus perpendiculairement à la bande 302 sans couper de fils pour former des plateaux 340, 360, comme montré par la figure 5. Une préforme fibreuse 400 de l'aube à fabriquer est ensuite obtenue par moulage avec déformation de la bande 302 pour reproduire le profil incurvé de la pale de l'aube et déformation des plateaux 340, 360 pour reproduire des formes semblables à celles de la plateforme et du plateau de becquets de talon de l'aube, comme le montre la figure 6. On obtient ainsi une préforme avec une partie 420 de préforme de pale, une partie 430 de préforme de pied (avec préforme d'échasse) et des parties 440, 460 de préforme de plateforme et de préforme de talon.
La figure 7 montre très schématiquement une préforme fibreuse 500 permettant d'obtenir, après densification par une matrice et usinage éventuel, une aube en matériau composite à muret anti-basculement et plateau de léchettes de talon intégrés telle que l'aube 200 illustrée par la figure 2. La préforme 500 est obtenue par tissage tridimensionnel ou tissage multicouches de trois parties et découpage de ces parties en tronçons comme déjà décrit ci-avant en relation avec les figures 3 à 5, et par moulage avec déformation de la bande pour reproduire le profil incurvé de la pale de l'aube et déformation des plateaux inférieurs et supérieurs pour reproduire des formes semblables à celles du muret anti- basculement et du plateau de léchettes de talon, comme le montre la figure 7. On obtient ainsi une préforme 500 avec une partie 520 de préforme de pale, une partie 550 de préforme de pied (avec préforme d'échasse) et des parties 550, 570 de préforme de muret anti-basculement et de préforme de plateau de léchettes de talon.
Comme décrit plus loin, les étapes de réalisation d'une préforme d'aube à partir d'une ébauche fibreuse sont avantageusement réalisées après traitement des fibres de l'ébauche et imprégnation de celle-ci par une composition de consolidation.
Un mode de tissage tridimensionnel de l'ébauche fibreuse 300 sera maintenant décrit plus en détail.
II est supposé que le tissage est réalisé avec des fils de chaîne s'étendant dans la direction longitudinale X de l'ébauche, étant noté qu'un tissage avec des fils de trame dans cette direction est également possible.
La variation d'épaisseur de la bande 302 sur sa largeur est obtenue en utilisant des fils de chaîne de titre variable. On peut en variante ou en complément faire varier la contexture des fils de chaîne (nombre de fils par unité de longueur en sens trame), une contexture plus faible autorisant un amincissement plus important lors de la mise en forme de la préforme par moulage.
Ainsi, pour obtenir un profil de pale d'aube tel que représenté en projection à plat sur la figure 8, on peut utiliser 3 couches de fils de chaîne de titre et de contexture variables comme illustré par la figure 9.
Dans un exemple de réalisation, les fils utilisés peuvent être des fils de carbure de silicium (SiC) fournis sous la dénomination "Nicalon" par la société japonaise Nippon Carbon et ayant un titre (nombre de filaments) de 0,5K (500 filaments).
On forme la chaîne avec des fils SiC de 0,5K et des fils SiC de 1K obtenus par la réunion de deux fils de 0,5K, les deux fils étant réunis par guipage. Le guipage est réalisé avantageusement avec un fil à caractère fugace susceptible d'être éliminé après tissage, par exemple un fil en alcool polyvinylique (PVA) éliminable par dissolution dans l'eau.
Le tableau I ci-dessous donne, pour chaque colonne de fils de chaîne, la contexture (nombre de fils/cm dans la longueur du profil), le nombre de fils 0,5K, le nombre de fils 1K et l'épaisseur de profil en mm, celle-ci variant ici entre 1 mm et 2,5 mm environ :
20 Tableau I
Figure imgf000017_0001
Bien entendu, selon les titres de fils disponibles, différentes combinaisons de nombres de couches de fils et de variations de contexture et de titre pourront être adoptées pour le profil à obtenir.
Les figures 10 A, 10B montrent, en coupe chaîne, deux plans successifs d'une armure pouvant être utilisée pour le tissage de l'ébauche fibreuse 300 hors de la surépaisseur 303.
La bande 302 de l'ébauche fibreuse 300 comprend un ensemble de couches de fils de chaîne, le nombre de couches étant ici par exemple égal à 3 (couches Cn, Ca, Co). Les fils de chaîne sont liés par des fils de trame ti par tissage tridimensionnel.
La bande 304 comprend aussi un ensemble de couches de fils de chaîne par exemple également égal à 3 (couches C2i, C22, C23) liés par des fils de trame t2 par tissage tridimensionnel, comme la bande 302.
On note que les fils de trame ti ne s'étendent pas dans les couches de fils de chaîne de la bande 304 et que les fils de trame t2 ne s'étendent pas dans les couches de fils de chaîne de la bande 302 afin d'assurer une déliaison.
Dans l'exemple illustré, le tissage est un tissage multicouches réalisé avec une armure de type satin, ou multi-satin. D'autres types de tissage tridimensionnel pourront être utilisés, par exemple un tissage multicouches à armure multi-toile ou un tissage à armure "interlock". Par tissage "interlock", on entend ici une armure de tissage dans laquelle chaque couche de fils de trame lie plusieurs couches de fils de chaîne avec tous les fils d'une même colonne de trame ayant le même mouvement dans le plan de l'armure.
Différents modes de tissage tridimensionnel sont notamment décrits dans le document WO 2006/136755.
La figure 11A est une vue en coupe parallèlement aux sens chaîne et trame au niveau de la traversée de la bande 302 par la partie de raccordement 340ç de la bande 304 de l'ébauche fibreuse de la figure 3, les fils de chaîne de cette partie de raccordement étant vus en coupe. Chaque couche de fils de chaîne s'étend, dans cette partie de raccordement 340ç, dans une direction perpendiculaire à la direction trame de la bande 302. Le passage de la bande 304 d'un côté à l'autre de la bande 302 est réalisé, lors du tissage, en faisant traverser l'ensemble des fils de chaîne et de trame de la bande 302 par chaque fil de chaîne de la bande 304, individuellement.
La figure 11B est une vue en coupe trame au niveau de la traversée de la bande 302 par la partie de raccordement 340ç de la bande 304 de l'ébauche fibreuse de la figure 3. Dans l'exemple illustré, comme déjà indiqué, la partie de raccordement 340ç s'étend perpendiculairement à la direction chaîne de la bande 302. Toutefois, on pourra avoir une partie de raccordement 350c qui s'étend en faisant un angle non nul par rapport à la normale à la direction chaîne, selon l'orientation désirée du plateau de becquets de talon d'aube (ou du plateau de léchettes de talon).
La figure 12A est une vue en coupe parallèlement aux sens chaîne et trame au niveau de la traversée de la bande 302 par la partie de raccordement 350c de la bande 304 de l'ébauche fibreuse de la figure 3, les fils de chaîne de cette partie de raccordement étant vus en coupe. Chaque couche de fils de chaîne s'étend, dans cette partie de raccordement 350c, dans une direction perpendiculaire à la direction trame de la bande 302 suivant un profil ondulé.
La figure 12B est une vue en coupe trame au niveau de la traversée de la bande 302 par la partie de raccordement 350ç de la bande 304. Dans l'exemple illustré, comme déjà indiqué, la partie de raccordement 350ç s'étend perpendiculairement à la direction chaîne de la bande 302 suivant un profil ondulé. Toutefois, comme pour la partie de raccordement 340c, on pourra avoir une partie de raccordement 350ç qui s'étend de façon rectiligne en faisant un angle non nul par rapport à la normale à la direction chaîne, selon l'orientation désirée du plateau de becquets de talon d'aube (ou du plateau de léchettes de talon).
La surépaisseur 303 peut être obtenue en utilisant des fils de trame de plus gros titre et des couches supplémentaires de fils de trame, comme le montre par exemple la figure 13A.
Sur la figure 13A, le nombre de couches de fils de trame passe dans cet exemple de 4 à 7 entre une partie 302i de la bande 302, correspondant à l'échasse de l'aube et la partie 3023 de la bande 302 présentant la surépaisseur 303.
En outre, des fils de trame tx, t'i, t"i de titres différents sont utilisés, les fils ti étant par exemple des fils de SiC "Nicalon" de titre 0,5K (500 filaments), les fils t'i étant obtenus par la réunion de 2 fils de 0,5K et les fils t"i par la réunion de 3 fils de 0,5K.
Le tissage dans la partie d'ébauche 3023 nécessite des couches de fils de chaîne en plus grand nombre que dans la partie 302; . Cela est avantageusement réalisé lors de la transition entre la partie 302·. et la partie 3023 en diminuant le nombre de plans de chaîne en constituant chaque plan de chaîne dans la partie 302 ; par la réunion des fils de chaîne de deux plans de chaîne de la partie 302i. Les figures 13B et 13C montrent deux plans de chaîne voisins dans la partie 302; et la figure 13D montre un plan de chaîne obtenu dans la partie 3023 par la réunion des plans de chaîne des figures 13B et 13C. Sur les figures 13B, 13C et 13D, on n'a pas montré les titres différents des fils de chaîne (comme montré sur la figure 9) ou des fils de trame (comme montré sur la figure 13A) par souci de simplicité. Entre les figures 13B, 13C, d'une part, et la figure 13D, d'autre part, les tirets montrent comment les fils de chaîne des différentes couches dans les figures 13B, 13C forment les couches de fils de chaîne de la figure 13D.
Bien entendu, différentes combinaisons de nombres de couches de trame et de titres de fils de trame pourront être adoptées pour former la surépaisseur 303.
Selon un autre mode de réalisation montré schématiquement sur la figure 14, la surépaisseur 303 peut être obtenue en introduisant un insert lors du tissage de la bande 302.
Sur la figure 14, l'ensemble ΤΊ de couches de fils de trame de la partie 3021 de la bande 302 correspondant à l'échasse de l'aube est divisé par déliaison lors du tissage en deux sous-ensembles Tu, Ti2 entre lesquels un insert 303i est introduit. Dans l'exemple illustré, la partie 302i a une épaisseur plus importante que celle de la partie 3022 de la bande 302 correspondant à la pale de l'aube. La transition entre la partie 3022 et la partie 302i pourra être réalisée de la même manière que décrit plus haut pour la transition entre les parties 3021 et 3023 de la figure 13A. La traversée de la nappe 302 par la nappe 304 au niveau de la partie de raccordement 340ç de la figure 3 pourra éventuellement être réalisée à travers la partie 302 r de plus forte épaisseur.
A l'extrémité de l'insert 303, opposée à la partie 302:, les sous- ensembles Tu, Ti2 de couches de fils de trame sont à nouveau réunis par tissage pour former une partie 302'. de même épaisseur que la partie 302:, puis, par réduction d'épaisseur, une partie 302'2 de même épaisseur que la partie 302.:, la partie 302'2 formant la partie correspondant à une pale d'aube pour l'ébauche suivante tissée.
L'insert 303; est de préférence en céramique monolithique, de préférence le même matériau céramique que celui de la matrice du matériau composite de l'aube à fabriquer. Ainsi, l'insert 303: peut être un bloc de SiC obtenu par frittage de poudre SiC. Comme le montre très schématiquement la figure 15, une pluralité d'ébauches fibreuses 600 peut être obtenue par tissage d'une bande 300 dans laquelle sont formées une ou plusieurs rangées d'ébauches fibreuses successives. Des zones de sur-longueurs 610, 620 sont ménagées en sens chaîne (uniquement fils de chaîne) et en sens trame (uniquement fils de trame) pour éviter des phénomènes de bord liés au tissage, laisser une plus grande liberté de déformation lors de la mise en forme de la préforme et aménager des zones de transition entre ébauches 100.
La figure 16 montre une variante de réalisation selon laquelle une bande 700 est réalisée avec une rangée d'ébauches 300 tissées en sens trame perpendiculairement à la direction longitudinale de la bande. Des zones de sur-longueurs 710, 720 sont également ménagées en sens chaîne et en sens trame. Plusieurs rangées d'ébauches 300 peuvent être tissées, la largeur de la bande 400 étant adaptée à cet effet.
Des étapes successives d'un procédé de fabrication d'une aube en matériau composite selon un mode de mise en œuvre de l'invention sont indiquées sur la figure 17.
A l'étape 501, une bande fibreuse est tissée par tissage tridimensionnel comprenant une pluralité d'ébauches fibreuses, par exemple plusieurs rangées d'ébauches fibreuses orientées en sens chaîne, comme montré sur la figure 15. Pour des aubes de turbomachine destinées à une utilisation à température élevée et notamment en environnement corrosif (notamment humidité), on utilise pour le tissage des fils formés de fibres en céramique, notamment des fibres de carbure de silicium (SiC).
A l'étape 502, la bande fibreuse est traitée pour éliminer l'ensimage présent sur les fibres et la présence d'oxyde à la surface des fibres. L'élimination de l'oxyde est obtenue par traitement acide, notamment par immersion dans un bain d'acide fluorhydrique. Si l'ensimage n'est pas éliminable par le traitement acide, un traitement préalable d'élimination de l'ensimage est réalisé, par exemple par décomposition de l'ensimage par bref traitement thermique.
A l'étape 503, une couche mince de revêtement d'interphase est formée sur les fibres de la bande fibreuse par infiltration chimique en phase gazeuse ou CVI ("Chemical Vapor Infiltration"). Le matériau du revêtement d'interphase est par exemple du carbone pyrolytique ou pyrocarbone (PyC), du nitrure de bore (BN) ou du carbone dopé au bore (BC, avec par exemple 5%at à 20%at de B, le complément étant C). La mince couche de revêtement d'interphase est de préférence de faible épaisseur, par exemple au plus égale à 100 nanomètres, voire au plus égale à 50 nanomètres, de manière à conserver une bonne capacité de déformation des ébauches fibreuses. De préférence, l'épaisseur est au moins égale à 10 nanomètres.
A l'étape 504, la bande fibreuse avec les fibres revêtues d'une mince couche de revêtement d'interphase est imprégnée par une composition de consolidation, typiquement une résine éventuellement diluée dans un solvant. On peut utiliser une résine précurseur de carbone, par exemple une résine phénolique ou furanique, ou une résine précurseur de céramique, par exemple une résine polysilazane ou polysiloxane précurseur de SiC.
Après séchage par élimination du solvant éventuel de la résine (étape 505), une pré-réticulation de la résine peut être effectuée (étape 506). La pré-réticulation, ou réticulation incomplète permet d'accroître la raideur, donc la tenue, tout en préservant la capacité de déformation nécessaire pour la réalisation de préformes d'aubes.
A l'étape 507, les ébauches fibreuses individuelles sont découpées, comme illustré par la figure 4.
A l'étape 508, une ébauche fibreuse ainsi découpée est mise en forme (comme illustré par les figures 5 à 7) et placée dans un moule par exemple en graphite pour conformation de la partie de préforme de pale et pied et des parties de préforme de plateforme et de talon.
Ensuite, la réticulation de la résine est achevée (étape 509) et la résine réticulée est pyrolysée (étape 510). La réticulation et la pyrolyse peuvent être enchaînées par élévation progressive de la température dans le moule.
Après pyrolyse, on obtient une préforme fibreuse consolidée par le résidu de pyrolyse. La quantité de résine de consolidation est choisie pour que le résidu de pyrolyse lie les fibres de la préforme de façon suffisante pour que celle-ci soit manipulable en conservant sa forme sans l'assistance d'un outillage, étant noté que la quantité de résine de consolidation est de préférence choisie aussi faible que possible. Des étapes d'élimination d'ensimage, de traitement acide et de formation de revêtement d'interphase pour un substrat en fibres SiC sont connues. On pourra se référer au document US 5 071 679.
Une deuxième couche d'interphase est formée par CVI (étape 511) afin d'obtenir globalement une interphase fibres-matrice ayant une épaisseur suffisante pour assurer sa fonction de défragilisation du matériau composite. La deuxième couche d'interphase peut être en matériau choisi parmi PyC, BN, BC, pas nécessairement le même que celui de la première couche d'interphase. L'épaisseur de la deuxième couche d'interphase est de préférence au moins égale à 100 nanomètres.
La réalisation d'une interphase en deux couches, comme indiquée ci-avant est préférée. Elle est décrite dans la demande de brevet, français déposée sous le N° 08 54937 par la demanderesse.
Une densification par une matrice de la préforme consolidée est ensuite réalisée. Pour une aube de turbomachine destinée à une utilisation à température élevée, et notamment en milieu corrosif, la matrice est en céramique, par exemple en SiC. On peut réaliser la densification par CVI, auquel cas la formation de la deuxième couche d'interphase et la densification par la matrice peuvent être enchaînées dans un même four.
La densification peut être réalisée en deux étapes successives
(étapes 512 et 514) séparées par une étape 513 d'usinage de l'aube aux dimensions désirées.
On notera qu'un pré-usinage peut être réalisé entre les étapes 509 et 510, c'est-à-dire après réticulation et avant pyrolyse de la résine.
Des étapes successives d'un procédé de fabrication d'une aube en matériau composite selon un autre mode de mise en œuvre de l'invention sont indiquées sur la figure 17.
L'étape 601 de tissage tridimensionnel d'une bande fibreuse comprenant une pluralité d'ébauches fibreuses et l'étape 602 de traitement d'élimination d'ensimage et d'oxyde sont semblables aux étapes 501 et 502 du mode de réalisation de la figure 16.
A l'étape 603, des ébauches fibreuses individuelles sont découpées dans la bande fibreuse, puis chaque ébauche fibreuse individuelle est mise en forme dans un moule ou conformateur (étape 604) pour obtenir une préforme fibreuse d'aube par conformation de la partie de préforme de pale et pied et des parties de préforme de plateforme et de talon.
 l'étape 605, un revêtement d'interphase de défragilisation est formé par CVI sur les fibres de la préforme maintenue dans le conformateur. Le matériau du revêtement d'interphase est par exemple PyC, BN ou BC, comme précédemment mentionné. L'épaisseur du revêtement d'interphase est d'environ une à quelques centaines de nanomètres.
La préforme étant toujours maintenue dans le conformateur, une consolidation de la préforme par densification partielle est réalisée (étape 606), la consolidation étant réalisée par formation de dépôt céramique sur les fibres par CVI.
La formation du revêtement d'interphase par CVI et la consolidation par dépôt céramique par CVI peuvent être enchaînées dans un même four CVI.
Le conformateur est de préférence en graphite et présente des trous facilitant le passage des phases gazeuses réactionnelles donnant le dépôt d'interphase et le dépôt céramique par CVI.
Lorsque la consolidation est suffisante pour que la préforme puisse être manipulée tout en conservant sa forme sans assistance d'outillage de maintien, la préforme consolidée est extraite du conformateur et la densification par une matrice céramique par CVI est réalisée. La densification peut être réalisée en deux étapes successives (étapes 607 et 609) séparées par une étape 608 d'usinage de l'aube aux dimensions désirées.
Dans ce qui précède, on a envisagé la réalisation d'un profil de pale à épaisseur variable par l'utilisation de fils de titre et/ou contexture variables. Il est possible, en variante, de réaliser la partie d'ébauche fibreuse correspondant à la partie de préforme de pale avec un certain nombre de couches de fils de même titre et avec contexture fixe, la variation d'épaisseur du profil étant réalisée lors de l'usinage après première étape de densification ou lors d'un pré-usinage de la préforme d'aube consolidée.
Par ailleurs, selon les conditions d'utilisation envisagées pour l'aube, les fibres du renfort fibreux de l'aube peuvent être en un matériau autre qu'une céramique, par exemple en carbone, et la matrice peut être en un matériau autre qu'une céramique, par exemple en carbone ou en une résine, l'invention étant bien entendu applicable aussi à la fabrication d'aubes en matériau composite à matrice organique.
La figure 19 montre le montage sur un rotor ou disque 800 de turbomachine d'une pluralité d'aubes 810, 820, 830, 840, 850 et 860, les aubes 810, 830 et 850 présentant une structure similaire à l'aube 100 de la figure 1 tandis que les aubes 820, 840 et 860 présentent une structure similaire à l'aube 200 de la figure 2.
Les aubes 810, 820, 830, 840, 850 et 860 sont montées sur le rotor 800 par engagement des pieds 811, 821, 831, 841, 851 et 861 de chaque aube respectivement dans des logements 801, 802, 803, 804, 805 et 806 de forme correspondante aménagé à la périphérie du rotor.
Comme décrit ci-avant pour l'aube 100, les aubes 810, 830 et 850 comportent chacune respectivement, au niveau de l'extrémité radiale interne de leur pale 816, 836 et 856, une plateforme 812, 832 et 852 (incluant à ses extrémités des becquets de recouvrement) tout en étant dépourvues d'un muret anti-basculement habituellement aussi présent dans cette zone. En outre, les aubes 810, 830 et 850 comportent chacune respectivement, au niveau de l'extrémité radiale externe de leur pale 816, 836 et 856, un plateau de becquets de talon d'aube 814, 834 et 854 tout en étant dépourvues de léchettes habituellement aussi présentes dans cette zone.
Par ailleurs, comme décrit ci-avant pour l'aube 200, les aubes 820, 840 et 860 comportent chacune respectivement, au niveau de l'extrémité radiale interne de leur pale 826, 846 et 866, un muret antibasculement 823, 843 et 863 tout en étant dépourvues d'une plateforme habituellement aussi présente dans cette zone. En outre, les aubes 820, 840 et 860 comportent chacune respectivement, au niveau de l'extrémité radiale externe de leur pale 826, 846 et 866, un plateau de léchettes de talon d'aube 825, 845 et 865 tout en étant dépourvues de becquets habituellement aussi présents dans cette zone.
Comme montrées sur la figure 19, les aubes s'emboitent les unes avec les autres, les aubes 820, 840 et 860 recevant au-dessus de leur muret anti-basculement 823, 843 et 863 les plateformes 812, 832 et 852 des aubes 810, 830 et 850. Plus précisément, chaque extrémité radiale interne des pales des aubes du type de l'aube 100 déjà décrite, par exemple l'aube 820, est entourée du côté intrados de la pale, ici la pale 826, par la portion évidée 812a de la plateforme 812 de l'aube 810 et du côté extrados, par la portion saillante 832b de la plateforme 832 de l'aube 830. Ainsi, il est possible de loger l'extrémité radiale interne d'une pale d'une aube du type de l'aube 200 déjà décrite entre les plateformes de deux aubes du type de l'aube 100 déjà décrite et disposées de chaque côté de l'aube du type de l'aube 200. Les autres parties des bords d'une plateforme situées de part et d'autre de la portion évidée et de la portion saillante sont en contact avec les parties correspondantes des plateformes des aubes adjacentes de manière à former une surface sensiblement continue permettant de définir radialement à l'intérieur la veine d'écoulement du flux gazeux.
De même, chaque extrémité radiale externe des pales des aubes du type de l'aube 100 déjà décrite, par exemple l'aube 820, est entourée du côté intrados de la pale, ici la pale 826, par la portion évidée 814a du plateau de becquets 814 de l'aube 810 et du côté extrados, par la portion saillante 834b du plateau de becquets 834 de l'aube 830. Ainsi, il est possible de loger l'extrémité radiale externe d'une pale d'une aube du type de l'aube 200 déjà décrite entre les plateaux de becquets de deux aubes du type de l'aube 100 déjà décrite et disposées de chaque côté de l'aube du type de l'aube 200. Les autres parties des bords des plateaux de becquets de talon d'aube situées de part et d'autre de la portion évidée et de la portion saillante sont en contact avec les parties correspondantes des plateaux de becquets des aubes adjacents de manière à former une surface sensiblement continue permettant de définir radialement à l'extérieur la veine d'écoulement du flux gazeux.
En d'autres termes, la fonction définition de veine est assurée par la réunion des plateformes 812, 832 et 852 et des plateaux de becquets de talon 814, 834 et 854.
La réunion des plateaux de léchettes de talon d'aube 825, 845 et 865 forme une paroi continue de léchettes au dessus des plateaux de becquets de talon d'aube assurant ainsi la fonction d'étanchéité.
Dans l'exemple ici considéré, les bords des murets anti¬ basculement adjacents ne se rejoignent pas. Toutefois, les bords de ces murets peuvent être prolongés et présenter des formes complémentaires pour former une paroi continue sous les plateformes. La distance Dl entre les plateformes 812, 832 et 852 et les plateaux de becquets 814, 834 et 854 des aubes 810, 830 et 850 est inférieure à la distance D2 entre les murets anti-basculement 823, 843 et 863 et les plateaux de léchettes de talon d'aube 825, 845 et 865 des aubes 820, 840 et 860 afin de permettre leur emboîtement les unes avec les autres.
Un jeu d'aube selon l'invention peut être formé par une première aube et une deuxième aube respectivement du type de l'aube 100 et de l'aube 200 décrites précédemment.
L'aube 100 décrite ci-avant en relation avec la figure 2 comprend une plateforme 140 et un plateau de becquets de talon d'aube 160 tout en étant dépourvue de muret anti-basculement et de léchettes de talon d'aube tandis que l'aube 200 comprend un muret antibasculement 150 et un plateau de léchettes de talon d'aube 170 tout en étant dépourvue de plateforme et de becquets de talon d'aube.
Selon des variantes de réalisation, une première aube du jeu d'aube selon l'invention, peut comprendre une plateforme et un plateau de léchettes de talon d'aube et être dépourvue de muret anti-basculement et de plateau de becquets de talon d'aube tandis que la deuxième aube du jeu d'aube peut comprendre un muret anti-basculement et un plateau de becquets de talon d'aube et être dépourvue de plateforme et de plateau de léchettes de talon d'aube.

Claims

REVENDICATIONS i. Procédé de fabrication d'une aube (100; 200) de turbomachine en matériau composite comprenant un renfort fibreux densifîé par une matrice, le procédé comprenant :
- la réalisation par tissage tridimensionnel d'une ébauche fibreuse en une seule pièce,
- la mise en forme de l'ébauche fibreuse (300) pour obtenir une préforme fibreuse d'aube en une seule pièce ayant :
- une première partie (320) formant préforme de pale (420) et pied d'aube (430),
- une deuxième partie (340) formant préforme d'une plateforme d'aube (440), ladite préforme d'aube étant alors dépourvue de préforme de muret anti-basculement d'aube, ou formant préforme d'un muret anti-basculement d'aube (550), ladite préforme d'aube étant alors dépourvue de préforme de plateforme d'aube, et
- une troisième partie (360) formant préforme d'un plateau de becquets de talon d'aube (460), ladite préforme d'aube étant alors dépourvue de préforme de plateau de léchettes de talon d'aube, ou
- une deuxième partie formant préforme d'un muret antibasculement d'aube (550), ladite préforme d'aube étant alors dépourvue de préforme de plateforme d'aube, et
- une troisième partie (360) formant préforme d'un plateau de becquets de talon d'aube (460), ladite préforme d'aube étant alors dépourvue de préforme de plateau de léchettes de talon d'aube, ou formant préforme d'un plateau de léchettes de talon d'aube (570), ladite préforme d'aube étant alors dépourvue de préforme de plateau de becquets de talon d'aube,
- la densification de la préforme par une matrice pour obtenir une aube en matériau composite ayant un renfort fibreux constitué par la préforme et densifié par la matrice, et formant une seule pièce avec deux des éléments suivants: plateforme d'aube, muret anti-basculement d'aube, becquets de talon d'aube ou avec deux des éléments suivants ; muret anti-basculement d'aube, becquets de talon d'aube et léchettes de talon d'aube.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans la direction longitudinale de l'ébauche fibreuse correspondant à la direction longitudinale de l'aube à fabriquer, l'ébauche fibreuse comprend un premier ensemble (302) de plusieurs couches de fils qui sont liées entre elles pour former une première partie de l'ébauche correspondant à la préforme de pale (420) et pied d'aube (430), et un deuxième ensemble (304) de plusieurs couches de fils qui sont liées entre elles au moins localement pour former une deuxième partie de l'ébauche correspondant à une préforme de plateforme (440) ou de muret anti-basculement d'aube (550) et une troisième partie de l'ébauche correspondant à une préforme de plateau de becquets (460) ou de léchettes de talon d'aube (570), en ce que les fils du premier ensemble (302) de couches de fils ne sont pas liés aux fils du deuxième (304) ensemble de couches de fils, et en ce que le premier ensemble de couches de fils est traversé par des fils du deuxième ensemble de couches de fils au niveau de la ou de chaque deuxième partie de l'ébauche.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'ébauche fibreuse est tissée avec un deuxième ensemble continu de couches de fils et la mise en forme de l'ébauche fibreuse comprend l'élimination par découpe de parties du deuxième ensemble de couches de fils extérieures à la deuxième partie de l'ébauche fibreuse et à la troisième partie de l'ébauche fibreuse.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'à l'emplacement ou au moins à l'un des emplacements où le premier ensemble de couches de fils est traversé par des fils du deuxième ensemble de couches de fils, l'intersection entre une couche de fils du premier ensemble et une couche de fils du deuxième ensemble suit une ligne non orthogonale à la direction longitudinale de l'ébauche fibreuse.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, dans la première partie de l'ébauche fibreuse et dans une direction correspondant à celle s'étendant le long du profil d'une pale d'épaisseur variable dans l'aube à fabriquer, le nombre de couches de fils dans le premier ensemble de couches de fils est constant.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les fils du premier ensemble de couches de fils sont de titre variable.
7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la contexture des fils du premier ensemble de couches de fils est variable.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'on réalise par tissage tridimensionnel une bande (700) comprenant une succession d'ébauches fibreuses (300).
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les ébauches sont tissées avec leur direction longitudinale correspondant à celle des aubes à fabriquer s'étendant en sens trame.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les ébauches sont tissées avec leur direction longitudinale correspondant à celle des aubes à fabriquer s'étendant en sens chaîne.
11. Aube ( 100; 200) de turbomachine en matériau composite comprenant un renfort fibreux obtenu par tissage tridimensionnel de fils et densifié par une matrice, l'aube comprenant une première partie constitutive de pale ( 120; 220) et pied d'aube (130; 230),
caractérisée en ce que ladite première partie forme une seule pièce avec au moins ;
- une deuxième partie constitutive d'une plateforme d'aube ( 140), ladite aube étant alors dépourvue d'un muret anti-basculement d'aube, ou d'un muret anti-basculement d'aube (250), ladite aube étant alors dépourvue d'une plateforme d'aube, et - une troisième partie constitutive d'un plateau de becquets de talon d'aube (160), ladite aube étant alors dépourvue de plateau de léchettes de talon d'aube, ou
- une deuxième partie constitutive d'un muret anti-basculement d'aube (250), ladite aube étant alors dépourvue d'une plateforme d'aube, et
- une troisième partie constitutive d'un plateau de becquets de talon d'aube (160), ladite aube étant alors dépourvue de plateau de léchettes de talon d'aube, ou d'un plateau de léchettes de talon d'aube (270), ladite aube étant alors dépourvue d'un plateau de becquets de talon d'aube.
12. Jeu d'aubes comprenant une première et une deuxième aubes (100, 200) selon la revendication 11, caractérisé en ce que la deuxième partie de la première aube (100) est constitutive d'une plateforme d'aube ( 140), ladite première aube étant dépourvue d'un muret anti-basculement d'aube, la troisième partie de ladite première aube étant constitutive d'un plateau de becquets de talon d'aube (160), ladite première aube étant dépourvue de plateau de léchettes de talon d'aube,
et en ce que la deuxième partie de la deuxième aube (200) est constitutive d'un muret anti-basculement d'aube (250), ladite deuxième aube étant alors dépourvue d'une plateforme d'aube, la troisième partie de ladite deuxième aube étant constitutive d'un plateau de léchettes de talon d'aube (270), ladite deuxième aube étant alors dépourvue d'un plateau de becquets de talon d'aube.
13. Jeu d'aubes comprenant une première et une deuxième aubes selon la revendication 11, caractérisé en ce que la deuxième partie de la première aube est constitutive d'un muret anti-basculement d'aube, ladite première aube étant alors dépourvue d'une plateforme d'aube, la troisième partie de ladite première aube étant constitutive d'un plateau de becquets de talon d'aube, ladite première aube étant dépourvue de plateau de léchettes de talon d'aube,
et en ce que la deuxième partie de la deuxième aube est constitutive d'une plateforme d'aube, ladite deuxième aube étant dépourvue d'un muret anti-basculement d'aube, la troisième partie de ladite deuxième aube étant constitutive d'un plateau de léchettes de talon d'aube, ladite deuxième aube étant alors dépourvue d'un plateau de becquets de talon d'aube.
14. Disque de turbomachine comprenant une pluralité de jeux d'aubes selon la revendication 12 ou 13.
15. Turbomachine équipée d'une pluralité de jeux d'aubes selon l'une quelconque des revendications 12 ou 13.
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