FR3125085A1

FR3125085A1 - Aube de turbomachine

Info

Publication number: FR3125085A1
Application number: FR2107565A
Authority: FR
Inventors: Marc-Etienne Loisel Bruno; Pascal Jean COURTIN; Léon FRANCOIS Etienne; Daphné MOSCHONAS; Eric Cornil SOONEKINDT Antoine
Original assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2021-07-12
Filing date: 2021-07-12
Publication date: 2023-01-13
Anticipated expiration: 2041-07-12
Also published as: FR3125085B1

Abstract

L’invention concerne une aube (5) de turbomachine comportant une pale (8) s’étendant selon un axe dit radial, et un talon (9) situé à une extrémité radialement externe de l’aube, caractérisée en ce que le talon (9) comporte au moins deux zones planes (19) radiales distinctes, parallèles entre elles et séparées circonférentiellement l’une de l’autre. Figure à publier avec l’abrégé : [Fig. 4]

Description

Aube de turbomachine

Domaine technique de l’invention

L’invention concerne une aube de turbomachine, en particulier une aube de rotor d’une turbine basse pression. La turbomachine est par exemple un turboréacteur ou un turbopropulseur d’aéronef.

Etat de la technique antérieure

Une turbomachine d’aéronef s’étend classiquement autour d’un axe et comprend généralement, d’amont en aval dans le sens d’écoulement des gaz le long de cet axe, une soufflante, un compresseur basse pression, un compresseur haute pression, une chambre de combustion, une turbine haute pression et une turbine basse pression. Le rotor du compresseur basse pression est entraîné par le rotor de la turbine basse pression, et le rotor du compresseur haute pression est entraîné par le rotor de la turbine haute pression.

Les termes axial, radial et circonférentiel sont définis par rapport à l’axe de la turbomachine.

La illustre une turbine haute pression 1 et une turbine basse pression 2 d’une turbomachine de l’art antérieur. La turbine basse pression 2 comporte plusieurs étages successifs, chaque étage comportant un distributeur 3 appartenant au stator et une roue 4d’aubes mobiles appartenant au rotor.

Les figures 2 et 3 illustrent de telles aubes mobiles 5. Chaque aube 5 comporte radialement de l’intérieur vers l’extérieur, un pied 6, une plate-forme radialement interne 7, une pale 8 et un talon 9.

Le talon 9 comporte une plate-forme radialement externe 10 comprenant deux bords latéraux 11, un becquet amont 12 et un becquet aval 13. Le talon 9 comporte en outre des léchettes 14 s’étendant radialement vers l’extérieur depuis la plate-forme externe 10 et s’étendant également dans la direction circonférentielle. Chaque bord latéral 11 du talon 9 comporte une zone en creux 15 ou en saillie 16, de forme générale triangulaire par exemple, destinée à coopérer avec une zone en saillie 16 ou en creux 15, respectivement, du talon 9 d’une aube 5 adjacente.

Un raidisseur 17 peut s’étendre depuis la plate-forme externe 10, d’amont en aval, afin d’augmenter la résistance mécanique du talon 9.

Le pied 6 de chaque aube 5 est inséré dans un alvéole d’un disque 17 de rotor, les aubes 5 étant montées de façon adjacente de sorte que les plates-formes radialement internes 7 et les plates-formes radialement externes 10 forment deux couronnes annulaires délimitant une partie de la veine de circulation des gaz au sein de la turbine basse pression.

Les léchettes 14 coopèrent avec un anneau en matériau abradable, comme cela est connu en soi, pour assurer l’étanchéité dans cette zone en fonctionnement.

Les aubes de rotor peuvent emmagasiner des contraintes résiduelles issues de leur procédé de fabrication (opérations de fonderie et/ou d’usinage), qui se libèrent à l’issue d’un traitement thermique des aubes et peuvent alors provoquer la rotation du talon autour de l’axe radial de l’aube. Ce phénomène est d’autant plus important que la tendance actuelle est à la réduction de la masse des aubes et leur dimensionnement au plus juste en fonction du besoin.

Le vieillissement des aubes de rotor peut également causer des variations géométriques par dévrillage de la pale.

Ces variations d’orientation du talon peuvent dépasser la centaine de minutes d’angle, ce qui peut être inacceptable et nécessiter le remplacement de certaines aubes. Afin de pouvoir assurer le bon déroulé des étapes de fabrication, de maintenance ou de réparation de telles aubes par exemple, il est nécessaire de disposer de repères géométriques permettant de quantifier la position et/ou l’orientation du talon, de façon fiable et à l’aide d’un procédé de mesure simple à mettre en œuvre par un opérateur.

A l’heure actuelle, il n’existe par exemple pas de zones planes permettant une telle mesure au niveau du talon. En effet, les léchettes et le talon de manière générale, bien que présentant une forme globalement plane, présentent en réalité des courbures ou des formes complexes empêchant une telle mesure d’orientation de façon aisée et répétitive par un opérateur. En effet, la majorité des surfaces du talon sont issues d’un procédé de fonderie et comportent des dépouilles ou des zones courbes, avec des formes calculées au plus juste besoin fonctionnel (profil optimisé et épaisseurs fines en vue d’alléger l’aube).

L’invention vise à faciliter une telle mesure de la position et/ou de l’orientation du talon d’une aube, de façon simple, efficace et peu onéreuse.

Présentation de l’invention

A cet effet, l’invention concerne une aube de turbomachine comportant une pale s’étendant selon un axe dit radial, et un talon situé à une extrémité radialement externe de l’aube, caractérisée en ce que le talon comporte au moins deux zones planes radiales distinctes, parallèles entre elles et séparées circonférentiellement l’une de l’autre.

Les zones planes sont dites radiales en ce qu’elles sont chacune parallèle à la direction ou axe radial, également appelé axe d’empilement de l’aube. Lesdites zones planes sont en particulier strictement radiales, c’est-à-dire s’étendent uniquement dans la direction radiale et ne forment donc pas un angle avec ladite direction radiale.

Les deux zones planes forment deux zones de contrôle permettant l’utilisation d’outillages de mesure lors d’opération de fabrication, de maintenance ou de réparation, en vue de contrôler de manière simple et fiable la position et/ou l’orientation du talon par rapport à au moins une autre zone de référence de l’aube. Une telle mesure peut être réalisée par différents procédés, tels par exemple qu’une mesure par points à l’aide d’une machine de mesure tridimensionnelle ou MMT, ou qu’une mesure de surface par exemple sans contact à l’aide d’un laser.

Une méthode de contrôle peut alors consister à mesurer l’écart entre chaque zone plane avec une valeur nominale de référence afin de calculer un écart de position réel qui peut être directement causé par la rotation du talon. Cet écart peut ensuite être comparé à des tolérances qui peuvent être fonction notamment du procédé choisi pour la réalisation des zones planes.

Les deux zones planes sont de préférence issues d’une même opération de fabrication, par exemple réalisées lors d’une même opération de fonderie, de forge ou d’usinage. En variante, les deux zones planes peuvent être issues d’une même séquence de fabrication lors d’une opération de fabrication additive. Les zones planes ne subissent alors pas d’intervention ultérieure pouvant dégrader leur état. Le procédé de fabrication peut également être adapté de façon à ce que ces zones subissent le moins possible de variations au fur et à mesure des outillages de fabrication. On privilégiera par exemple les parties fixes d’un moule en cire lors d’une étape de fonderie, plutôt que d’éventuelles parties mobiles dont l’usure des assemblages peut engendrer des variations de mesure qui affectent la géométrie recherchée.

Les deux zones planes peuvent ne pas être coplanaires, un décalage pouvant alors exister entre les deux zones planes.

L’invention peut être appliquée à une aube de turbine, par exemple une turbine basse pression, ou à une aube de compresseur, par exemple une aube de soufflante ou de compresseur basse pression. De façon plus générale, l’invention est applicable à tout type d’aube déformable, susceptible de se déformer, ou difficilement contrôlable, par exemple une aube dont aucune surface n’est plane, et dont l’élaboration ou la transformation risque de déformer la pièce, par exemple par vrillage à l’issue de traitements thermiques libérant des contraintes résiduelles (de fonderie ou d’usinage par exemple).

Le talon peut comporter une plate-forme à partir de laquelle au moins une léchette s’étend radialement vers l’extérieur et s’étend dans une direction circonférentielle perpendiculaire à la direction radiale, les zones planes étant formées sur ladite léchette.

La surface de chaque zone plane peut être au moins égale à 3 mm².

On garantit ainsi que chaque zone plane est suffisamment grande pour mettre une mesure précise de sa position avec les procédés de mesure utilisés actuellement.

Chaque zone plane peut présenter une exigence de planéité (issue d’une norme ISO représentant la distance entre les deux plans dans laquelle doit se situer la totalité de la surface réelle de chaque zone plane) inférieure à 0,02mm. La distance entre les deux zones planes peut être au moins égale à 10 mm.

La distance est par exemple mesurée hors des zones planes, c’est-à-dire non pas entre les centres des zones mais entre les extrémités circonférentielles correspondantes des zones planes.

Une distance suffisante permet de calculer de façon fiable la rotation ou le défaut de rotation du talon, à partir des mesures de position des zones planes.

L’une au moins des zones planes peut être réalisée au niveau d’une zone en saillie du talon, en particulier de la léchette.

La zone en saillie peut s’étendre axialement vers l’amont ou vers l’aval de la léchette correspondante. Une telle forme de réalisation permet de faciliter la fabrication des zones planes.

Chaque zone plane peut être réalisée au niveau d’une zone en saillie du talon, en particulier de la léchette.

L’une au moins des zones planes peut être réalisée au niveau d’une zone en creux de la léchette.

Bien entendu, la zone en creux est dimensionnée et positionnée de façon à ne pas affecter les caractéristiques mécaniques de l’aube. Chaque zone plane peut être réalisée au niveau d’une zone en creux du talon, en particulier de la léchette.

Chaque surface plane peut s’étendre dans un plan radial.

En variante, les deux surfaces planes peuvent s’étendre dans un même plan oblique par rapport au plan radial.

Le talon peut comporter au moins deux léchettes s’étendant chacune radialement vers l’extérieur depuis la plate-forme du talon et dans une direction circonférentielle perpendiculaire à la direction radiale. L’une desdites léchettes peut comporter lesdites zones planes.

Au moins un raidisseur peut s’étendre radialement vers l’extérieur depuis la plate-forme du talon et axialement entre les deux léchettes.

Le raidisseur peut également s’étendre en amont et en aval des léchettes correspondantes.

Un tel raidisseur permet d’améliorer la résistance mécanique de l’aube au niveau du talon.

L’invention concerne également une turbomachine comportant au moins une aube du type précité.

L’aube est par exemple une aube de rotor. La turbomachine est par exemple un turboréacteur ou un turbopropulseur d’aéronef. L’aéronef peut être un avion.

Brève description des figures

est une vue en coupe axiale d’une turbine de turbomachine de l’art antérieur,

est une vue en perspective d’une aube de l’art antérieur,

est une vue en perspective, d’une partie d’une roue aubagée de rotor de l’art antérieur,

est une vue en de dessus d’une aube selon une forme de réalisation de l’invention,

est une vue en perspective du talon et de l’extrémité radialement externe de la pale de l’aube selon l’invention,

est une vue en perspective du talon et de l’extrémité radialement externe de la pale de l’aube selon une autre forme de réalisation de l’invention,

est une vue en perspective du talon et de l’extrémité radialement externe de la pale de l’aube selon une encore autre forme de réalisation de l’invention.

Claims

Aube (5) de turbomachine comportant une pale (8) s’étendant selon un axe dit radial, et un talon (9) situé à une extrémité radialement externe de l’aube, caractérisée en ce que le talon (9) comporte au moins deux zones planes (19) radiales distinctes, parallèles entre elles et séparées circonférentiellement l’une de l’autre.
Aube (5) selon la revendication précédente, dans laquelle le talon (9) comporte une plate-forme (10) à partir de laquelle au moins une léchette (14) s’étend radialement vers l’extérieur et s’étend dans une direction circonférentielle perpendiculaire à la direction radiale, les zones planes (19) étant formées sur ladite léchette (14).
Aube (5) selon la revendication précédente, dans laquelle la surface de chaque zone plane (19) est au moins égale à 3 mm².
Aube (5) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle chaque zone plane (19) présente exigence de planéité, représentant la distance entre les deux plans dans laquelle doit se situer la totalité de la surface réelle de chaque zone plane, inférieure à 0,02mm.
Aube (5) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle la distance (d) entre les deux zones planes (19) est au moins égale à 10 mm.
Aube (5) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle l’une au moins des zones planes (19) peut être réalisée au niveau d’une zone en saillie (20) du talon (9).
Aube (5) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle l’une au moins des zones planes (19) peut être réalisée au niveau d’une zone en creux (21) du talon (9).
Aube (5) selon la revendication 2 et selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le talon (9) comporte au moins deux léchettes (14) s’étendant chacune radialement vers l’extérieur depuis la plate-forme (10) du talon (9) et dans une direction circonférentielle perpendiculaire à la direction radiale, l’une desdites léchettes (14) comportant lesdites zones planes (19).
Aube (5) selon la revendication précédente, dans laquelle au moins un raidisseur (17) s’étend radialement vers l’extérieur depuis la plate-forme (10) du talon (9) et axialement entre les deux léchettes (14).
Turbomachine comportant au moins une aube (5) selon l’une des revendications précédentes.