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FR3146160A1 - Carter annulaire de turbomachine et son procédé de fabrication. - Google Patents

Carter annulaire de turbomachine et son procédé de fabrication. Download PDF

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FR3146160A1
FR3146160A1 FR2301702A FR2301702A FR3146160A1 FR 3146160 A1 FR3146160 A1 FR 3146160A1 FR 2301702 A FR2301702 A FR 2301702A FR 2301702 A FR2301702 A FR 2301702A FR 3146160 A1 FR3146160 A1 FR 3146160A1
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Jean-Hilaire LEXILUS
Clément BOUROLLEAU
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Safran Aircraft Engines SAS
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Safran Aircraft Engines SAS
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Abstract

La présente invention concerne un carter annulaire (1) d’une turbomachine, comprenant un corps (2) réalisé en matériau composite à matrice organique, ce corps (2) comprenant un fût (21) d’axe longitudinal X-X’, muni à ses extrémités amont (211) et aval (212), respectivement d’une bride radiale annulaire amont (22) et d’une bride radiale annulaire aval (23). Ce carter est remarquable en ce qu’il comprend une ou deux pièces de renfort (3, 4), , réalisées en métal et qui possèdent une section transversale en L, de façon à présenter une branche radiale (30, 40) et une branche axiale (31, 41) et en ce que ladite pièce de renfort (3, 4) est fixée sur le corps (2), de façon que sa branche radiale (30, 40) soit au contact de la face extérieure (221, 231) de l’une des deux brides radiales amont (22) et aval (23) et que sa branche axiale (31, 41) soit au contact de l’extrémité (211, 212) du fût cylindrique (21) depuis laquelle s’étend la bride radiale (30, 40) contre laquelle ladite pièce de renfort (3, 4) est fixée. Figure pour l’abrégé : Fig. 5.

Description

Carter annulaire de turbomachine et son procédé de fabrication. DOMAINE DE L'INVENTION.
L'invention se situe dans le domaine des pièces réalisées en matériaux composites et utilisées dans le domaine de l’aéronautique.
La présente invention concerne un carter annulaire de turbomachine, et notamment un carter annulaire de soufflante d’une turbomachine. L’invention concerne également le procédé de fabrication de ce carter.
ETAT DE LA TECHNIQUE.
Une soufflante de turbomachine a pour fonction de comprimer la totalité de l’air qui pénètre dans la turbomachine. Une grande partie de cet air constitue le flux secondaire et le reste de l’air constitue le flux primaire. De façon classique, le flux primaire traverse successivement un compresseur basse pression solidaire de la soufflante, un compresseur haute pression, une chambre de combustion, une turbine haute pression et enfin une turbine basse pression, avant d’être éjecté à l’extérieur de la turbomachine.
Comme on peut le voir sur la jointe, le carter de soufflante A est une pièce annulaire, d’axe longitudinal central X-X’. Le carter de soufflante A, également connu sous le nom de « carter fan » ou « carter de rétention » a pour fonctions principales :
• d’assurer la continuité de la veine d’air entre la manche d’entrée d’air B de l’avion et le moteur, et
• de garantir la rétention de débris, en cas d’ingestion d’objets étrangers, tels que des oiseaux ou autres (connue sous la dénomination anglaise de «FOD : Foreign Object Damage») ou en cas de perte d’aubes de soufflante (connue sous la dénomination anglaise de «FBO : Fan Blade Out »).
Le carter de soufflante A a également des fonctions secondaires, qui sont entre autres :
• d’assurer la continuité mécanique (efforts et moments) entre la manche d’entrée d’air B et la virole de carter intermédiaire C,
• de permettre la fixation des panneaux de veine, qui sont successivement de l’amont (à gauche sur la ) vers l’aval (à droite sur la ) par rapport au sens d’écoulement de l’air à l’intérieur de la turbomachine : la virole acoustique amont D, la cartouche de support abradable E et le panneau acoustique aval F,
• de permettre la fixation de divers équipements et supports,
• de tenir les spécifications au feu et aux fuites, notamment les fuites des fluides circulant dans les canalisations situées autour du carter,
• de permettre la continuité du courant électrique pour la tenue à la foudre.
Les carters de soufflante de dernière génération sont généralement réalisés en matériaux composites CMO (pour « Composites à Matrice Organique »), ce qui leur permet d’assurer toutes les fonctions précitées d’un carter de soufflante, tout en étant plus légers que s’ils étaient réalisés en métal. Le gain de masse ainsi obtenu est crucial dans le domaine de l’aéronautique, car il permet aux avionneurs de réaliser des économies de carburant, alors que le carburant constitue justement l’un des premiers postes de dépenses dans le domaine du transport aérien.
Les pièces en composite à matrice organique sont composées d’un renfort fibreux et d’une matrice. Le renfort fibreux est une texture fibreuse qui est un assemblage ordonné de fibres, par exemple des fibres de carbone, de verre ou d’aramide. La matrice est généralement une résine organique qui imprègne la texture fibreuse, avant la polymérisation de l’ensemble.
La texture fibreuse peut ainsi posséder une forme correspondant à celle de la pièce composite finale. Sinon, elle peut également être mise en forme ultérieurement, après le mélange avec la résine mais avant la polymérisation (durcissement) de celle-ci.
À titre d’exemple purement illustratif, on peut trouver dans le document EP 1 961 923, un exemple de procédé de fabrication d’un carter de soufflante en composite à matrice organique.
Pour assurer les fonctions décrites précédemment en minimisant la masse, le carter de soufflante est optimisé par zones, comme cela est représenté sur la jointe.
On distingue trois zones principales : les brides (à savoir la bride amont G et la bride aval H), les zones structurales (à savoir la zone structurale amont I et la zone structurale aval J) et la zone de rétention K.
La bride amont G est liée par des boulons à la manche d’entrée d’air B, tandis que la bride aval H est liée par des boulons à la virole de carter intermédiaire C, ces liaisons étant réalisées par l’avionneur. Ces brides amont G et aval H doivent présenter une bonne tenue thermomécanique en mode statique et résister à des essais de traction, compression et cisaillement.
Les zones structurales amont I et aval J du carter de soufflante A sont amincies afin de réduire la masse de ce carter. Elles doivent présenter une bonne tenue mécanique en mode dynamique.
Enfin, la zone de rétention K doit présenter une bonne tenue mécanique en mode statique et en mode dynamique et elle est généralement plus épaisse que les zones structurales.
Le carter de soufflante, de par le matériau le constituant et de par son épaisseur de peau, est en conséquence dimensionné de façon à supporter l’impact d’une aube libérée, sans subir de rupture critique, tout en permettant de retenir les fragments potentiels des aubes suiveuses et/ou autres débris qui seront ingérés à l’intérieur du moteur.
La capacité de rétention d’un carter de soufflante en composite à matrice organique CMO est assurée, entre autres, par la quantité de fibres utilisée, par la nature de ces fibres et par leur agencement au sein de la zone de rétention K. Cependant, dans le cas de perte d’une aube de soufflante, on constate lorsque l’aube percute le carter de soufflante qu’une onde de choc se produit et se propage depuis le point d’impact vers toutes les zones du carter. Dans certains cas, cette onde de choc génère de telles déformations du carter que les autres zones se retrouvent fortement sollicitées en compression.
La structure actuelle du renfort fibreux d’un carter de soufflante en composite à matrice organique CMO est très efficace en ce qui concerne la fonction de rétention de ce carter. Toutefois, elle n’est pas forcément optimisée dans les zones du carter de soufflante autres que celles de la zone de rétention K.
Aussi, lors du fonctionnement de la turbomachine, ce carter de soufflante peut être exposé à de fortes températures supérieures à 100°C, par exemple suite à un feu ou à une fuite d’une canalisation d’air comprimé dans ce carter.
Cette exposition à une forte chaleur a un impact à deux niveaux :
• on observe une dégradation des propriétés mécaniques du carter de soufflante, ce qui le rend incapable d’assurer notamment sa fonction de continuité mécanique avec les pièces environnantes,
• le différentiel de dilatation entre d’une part la manche d’entrée d’air B ou la virole de carter intermédiaire C, qui sont des pièces métalliques, et d’autre part le carter de soufflante A en composite à matrice organique CMO est très important.
À titre d’exemple purement illustratif, un tel différentiel de dilatation est de l’ordre de 1 à 4 entre le matériau composite et du titane.
Il en résulte un important moment de flexion au niveau des brides, comme on peut le voir sur les schémas des figures jointes 3 et 4, qui représentent respectivement l’état d’un carter A et de ses brides, à la température nominale d’utilisation et à une température supérieure à 100 °C.
La majorité des charges mécaniques appliquées au carter de soufflante A sont concentrées au niveau des brides G et H de ce carter et celles-ci sont principalement sollicitées en traction et en compression.
La constitution même du matériau composite (composé de fibres et d’une matrice), utilisé pour la fabrication du carter de soufflante, rend ce dernier particulièrement vulnérable en compression, sous des températures élevées, car lorsque la résine atteint sa température de transition vitreuse, elle commence à se ramollir fortement et n’assure plus sa fonction de cohésion avec les fibres.
EXPOSE DE L'INVENTION.
Un but de l’invention est de proposer un carter annulaire de soufflante et plus généralement un carter annulaire de turbomachine, réalisé en composite à matrice organique CMO, qui ne présente pas les inconvénients précités.
A cet effet, l’invention concerne un carter annulaire d’une turbomachine, notamment un carter annulaire de soufflante d’une turbomachine, comprenant un corps réalisé en matériau composite à matrice organique, ce corps comprenant un fût cylindrique ou tronconique, d’axe longitudinal X-X’, muni à ses extrémités amont et aval, respectivement d’une bride radiale annulaire amont et d’une bride radiale annulaire aval.
Conformément à l’invention, ce carter comprend au moins une pièce de renfort, réalisée en métal, notamment en titane, cette pièce de renfort étant une pièce annulaire ou en forme de segment annulaire, ladite pièce de renfort possède sur au moins une partie de sa circonférence, une section transversale en L, de façon à présenter une branche radiale et une branche axiale, et ladite pièce de renfort est fixée sur le corps, de façon que sa branche radiale soit au contact de la face extérieure de l’une des deux brides radiales amont et aval et que sa branche axiale soit au contact de l’extrémité du fût depuis laquelle s’étend la bride radiale contre laquelle ladite au moins une pièce de renfort est fixée.
Grâce à ces caractéristiques de l'invention, une partie de la bride (grâce à la branche radiale de la pièce de renfort) est réalisée en métal et on a ainsi une transition douce entre le matériau composite du fût et les pièces métalliques voisines auxquelles ce carter est destiné à être fixé. On évite ainsi une forte discontinuité de dilatation thermique entre le carter et les pièces métalliques voisines, telles que la manche d’entrée d’air ou la virole de carter intermédiaire.
Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention, prises seules ou en combinaison :
- la bride radiale annulaire amont et la bride radiale annulaire aval s’étendent radialement vers l’extérieur et en ce que la branche axiale de la pièce de renfort est fixée au contact de la face interne du fût ;
- la pièce de renfort est annulaire et possède une section transversale en L sur toute sa circonférence ;
- le carter comprend plusieurs pièces de renfort annulaire en forme de segments annulaires, et en ce que ces segments annulaires sont fixés sur le corps circonférentiellement bout à bout ;
- le carter comprend plusieurs pièces de renfort annulaire en forme de segments annulaires, et en ce que ces segments annulaires sont fixés sur le corps de façon à être espacés l’un de l’autre ou les uns des autres ;
- la pièce de renfort possède au moins deux parties à section transversale en L, jointes par une partie de jonction ;
- ladite partie de jonction présente au choix, la forme :
  • d’une languette axiale qui s’étend dans le prolongement des branches axiales des deux parties à section transversale en L jointes par ladite languette axiale, cette languette axiale présentant une largeur inférieure ou égale à la largeur des branches axiales des deux parties à section transversale en L, jointes par ladite languette axiale,
  • d’une languette radiale qui s’étend dans le prolongement des branches radiales des deux parties à section transversale en L, jointes par ladite languette radiale, cette languette radiale présentant une hauteur inférieure ou égale à la hauteur des branches radiales des deux parties à section transversale en L, jointes par ladite languette radiale,
  • d’une équerre en L munie d’une branche radiale et d’une branche axiale, la hauteur de la branche radiale de l’équerre étant inférieure à la hauteur des branches radiales des deux parties à section transversale en L, jointes par ladite équerre et la largeur de la branche axiale de l’équerre étant inférieure à la largeur des branches axiales des deux parties à section transversale en L, jointes par ladite équerre ;
- la largeur de la branche axiale de la pièce de renfort est égale ou supérieure à la hauteur de la branche radiale de cette même pièce de renfort ;
- la hauteur de la branche radiale de la pièce de renfort est telle qu’elle recouvre la totalité de la face extérieure de la bride radiale amont ou aval au contact de laquelle elle se trouve ;
- le fût du corps présente à au moins l’une de ses deux extrémités amont et aval, une épaisseur inférieure à celle du reste du fût, de façon à définir un évidement annulaire et en ce que cet évidement annulaire est dimensionné de façon à recevoir la branche axiale de la pièce de renfort et que cette branche axiale affleure au niveau de la face du fût dans laquelle cet évidement est formé ;
- le carter comprend au moins une contre-plaque métallique, fixée contre la face intérieure de l’une des deux brides radiales amont et aval du corps, cette contre-plaque étant une contre-plaque annulaire ou ayant la forme d’un segment annulaire, et cette contre-plaque présentant une hauteur constante ou variable et une hauteur inférieure ou égale à la hauteur de la face intérieure de la bride radiale amont ou aval du corps contre laquelle cette contre-plaque est fixée ;
- ladite pièce de renfort et éventuellement ladite contre-plaque est fixée ou sont fixées sur le corps par collage à froid, par co-injection et/ou par assemblage mécanique notamment à l’aide de rivets ;
Enfin, l’invention concerne également un procédé de fabrication d’un carter annulaire tel que précité.
Conformément à l’invention, ce procédé comprend des étapes de fabrication de ladite au moins une pièce de renfort, de fabrication éventuelle de ladite contre-plaque si celle-ci est présente, et d’assemblage du corps, de la pièce de renfort et éventuellement de la contre-plaque par collage à froid ou par co-injection et/ou assemblage mécanique notamment à l’aide de rivets, de façon à obtenir ledit carter annulaire.
DESCRIPTION DES FIGURES.
D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
est une vue en coupe longitudinale d’une partie d’un carter annulaire de soufflante.
est un schéma représentant différentes zones du carter annulaire de la .
est un schéma représentant un carter annulaire de soufflante.
est un schéma représentant ce même carter annulaire de soufflante, soumis à de fortes températures.
est une vue en perspective d’une partie d’un carter annulaire de turbomachine conforme à l’invention.
est une vue en perspective de pièces de renfort conformes à l’invention, ayant la forme de segments annulaires.
est une vue en perspective d’une variante de réalisation de l’une des pièces de renfort de la .
est une vue en perspective d’une partie d’un carter annulaire de turbomachine conforme à l’invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION.
Le carter annulaire 1 conforme à l’invention va maintenant être décrit en liaison avec les figures 5 à 8. Dans la suite de la description, ce carter sera décrit comme un carter de soufflante d’une turbomachine. Toutefois, il pourrait également s’agir de n’importe quel carter annulaire d’une turbomachine, c’est-à-dire un carter annulaire disposé en un point quelconque d’une turbomachine.
Le carter 1 comprend un corps 2, réalisé en un matériau composite, notamment en un matériau composite à matrice organique (CMO). Un tel matériau comprend des fibres liées entre elles par une résine thermodurcissable.
Ce corps 2 comprend un fût 21 cylindrique ou tronconique, d’axe longitudinal X-X’, et ce fût comprend deux extrémités, à savoir une extrémité amont 211 et une extrémité aval 212, l’amont et l’aval étant définis par rapport au sens d’écoulement de l’air à l’intérieur de ce corps, (de la gauche vers la droite sur les figures 5 à 8).
En outre, le fût 21 présente une face interne 213, orientée vers l’axe central longitudinal X-X’ et une face externe opposée 214.
L’extrémité amont 211 du fût 21 se prolonge par une bride radiale annulaire amont 22 et l’extrémité aval 212 de ce fût se prolonge par une bride radiale annulaire aval 23.
De préférence, et comme on peut le voir sur les figures, les deux brides radiales respectivement amont 22 et aval 23 s’étendent radialement vers l’extérieur, par rapport à l’axe longitudinal X-X’, (c’est-à-dire vers le haut des figures). Elles pourraient toutefois s’étendre radialement vers l’intérieur.
Les deux brides radiales amont 22 et aval 23 présentent chacune une face extérieure 221, respectivement 231 et une face intérieure 222, respectivement 232. Les faces intérieures 222 et 232 sont disposées en regard l’une de l’autre.
En outre, le carter annulaire 1 comprend au moins une pièce de renfort en métal, de préférence plusieurs.
De préférence, le métal constituant la ou les pièce(s) de renfort est du titane. Un tel matériau présente un bon compromis coefficient de dilatation / masse / propriétés mécaniques.
Selon un premier mode de réalisation de l’invention représenté sur la , la pièce de renfort est annulaire (donc d’une seule pièce) et le carter 1 est ici muni de deux pièces de renfort annulaires, référencées respectivement 3 pour la pièce amont et 4 pour la pièce aval.
Chaque pièce de renfort présente sur au moins une partie de sa circonférence et dans l’exemple représenté sur la , sur la totalité de sa circonférence, une section transversale en L. Ainsi, la pièce de renfort amont 3 présente une branche radiale 30 et une branche axiale 31, tandis que la pièce de renfort aval 4 présente une branche radiale 40 et une branche axiale 41.
La pièce de renfort amont 3 est fixée sur le corps 2, de façon que sa branche radiale 30 soit située au contact de la face externe 221 de la bride amont 22 et que sa branche axiale 31 soit située au contact de l’extrémité amont 211 du fût 21.
La pièce de renfort aval 4 est fixée sur le corps 2, de façon que sa branche radiale 40 soit située au contact de la face externe 231 de la bride aval 23 et que sa branche axiale 41 soit située au contact de l’extrémité aval 212 du fût 21.
Dans la variante de réalisation préférentielle de l’invention, dans laquelle les deux brides annulaires amont 22 et aval 23 s’étendent radialement vers l’extérieur, alors la branche axiale 31, 41 de chaque pièce de renfort 3, 4 est fixée au contact de la face interne 213 du fût 21.
Selon une deuxième variante de réalisation de l’invention représentée sur la , la pièce de renfort peut prendre la forme d’un segment annulaire (segment d’anneau). Sur cette figure, on a ainsi représenté plusieurs segments annulaires (référencés 3’ ou 4’ selon qu’ils sont disposés contre la bride amont 22 ou respectivement la bride aval 23 du corps 2).
Sur cette figure, ces segments annulaires 3’, respectivement 4’, sont assemblés entre eux circonférentiellement bout-à-bout. Ils forment ainsi une couronne sur 360°.
Toutefois, ces segments annulaires 3’, respectivement 4’, peuvent également disposés circonférentiellement contre les brides 22 ou 23, mais en étant espacés les uns des autres. Une telle disposition permet un gain de masse global du carter et donc de la turbomachine, en réduisant ainsi la consommation de carburant.
Sur la , le segment annulaire présente une section transversale en L sur toute sa longueur (sur toute sa portion de circonférence).
Toutefois, le segment annulaire 3’, 4’ (comme représenté sur la ) ou la pièce de renfort annulaire 3, 4 (comme cela n’est pas visible sur les figures) peut présenter au moins deux parties 7 à section transversale en L (c’est-à-dire avec une branche radiale 30, 40 et une branche axiale 31, 41), jointes entre elles par une partie de jonction 8.
A titre d’exemple, on peut voir sur la , que le segment annulaire comprend quatre parties 7 à section transversale en L et trois parties de jonction 8.
La partie de jonction 8 peut présenter différentes formes au choix.
Elle peut par exemple être une languette axiale 81 qui s’étend dans le prolongement des branches axiales 31, 41 des deux parties 7 à section transversale en L, jointes par cette languette 81. On notera que cette languette axiale 81 présente de préférence une largeur L2 inférieure ou égale à la largeur L1 des branches axiales 31, 41 des deux parties 7 à section transversale en L jointes par ladite languette axiale 81.
La partie de jonction 8 peut également être une languette radiale 82 qui s’étend dans le prolongement des branches radiales 30, 40 des deux parties 7 à section transversale en L, jointes par ladite languette 82. On notera que cette languette radiale 82 présente de préférence une hauteur H2 inférieure ou égale à la hauteur H1 des branches radiales 30, 40 des deux parties 7 à section transversale en L jointes par ladite languette 82.
Enfin, la partie de jonction 8 peut également être une équerre en L 83 munie d’une branche radiale 830 et d’une branche axiale 831, la hauteur H3 de la branche radiale 830 de l’équerre 83 étant inférieure à la hauteur H1 des branches radiales 30, 40 des deux parties 7 à section transversale en L, jointes par ladite équerre 83 et la largeur L3 de la branche axiale 831 de l’équerre 83 étant inférieure à la largeur L1 des branches axiales 31, 41 des deux parties 7 à section transversale en L jointes par ladite équerre 83.
Ces différentes zones de jonction 81, 82, 83 permettent également d’alléger la masse globale de la pièce de renfort.
Sur la , les différentes formes possibles de la partie de jonction 8 ont été représentées sur un seul et même segment, toutefois, il est possible de n’en avoir qu’une seule sur un même segment.
Par ailleurs, quelle que soit la forme de la pièce de renfort, de préférence, et afin d’assurer une bonne fixation entre cette pièce de renfort 3, 4, 3’, 4’ et le fût 21, la largueur L1 de sa branche axiale 31, 41 est égale ou supérieure à la hauteur H1 de sa branche radiale 30, 40.
De préférence également, et afin de jouer pleinement son rôle de renfort mécanique, la hauteur H1 de la branche radiale 30, 40 de la pièce de renfort 3, 4, 3’, 4’ est telle qu’elle recouvre la totalité de la face extérieure 221, 231 de la bride radiale amont 22, respectivement aval 23, au contact de laquelle elle se trouve.
Enfin, de façon avantageuse, le carter annulaire 1 conforme à l’invention peut également comprendre au moins une contre-plaque métallique, fixée contre la face interne de l’une des deux brides radiales 22, 23 du corps 2.
Selon un premier mode de réalisation de l’invention représenté sur la , la contre-plaque est annulaire (c’est-à-dire qu’elle a la forme d’un anneau plat de faible épaisseur). Sur cette figure, le carter 1 est muni de deux contre-plaques annulaires, à savoir une contre-plaque amont 5 fixée contre la face intérieure 222 de la bride amont 22 et une contre-plaque aval 6 fixée contre la face intérieure 232 de la bride aval 23.
Selon un deuxième mode de réalisation de l’invention, visible sur la , la contre-plaque peut présenter la forme d’un segment annulaire. Sur cette figure, on a ainsi représenté plusieurs segments annulaires de contre-plaque (référencés 5’ ou 6’ selon qu’ils sont disposés contre la bride amont 22 ou respectivement la bride aval 23 du corps 2).
Sur cette figure, les segments annulaires de contre plaque 5’, respectivement 6’, sont assemblés circonférentiellement bout-à-bout. Ils forment ainsi une couronne sur 360°.
Toutefois, ces segments annulaires de contre plaque 5’, respectivement 6’, peuvent également disposés circonférentiellement contre les brides 22 ou 23, mais en étant espacés les uns des autres. Une telle disposition permet un gain de masse global du carter et donc de la turbomachine, en réduisant ainsi la consommation de carburant.
On notera que la hauteur H4 de la contre-plaque 5, 6, 5’, 6’ est de préférence identique à la hauteur H5 de la face intérieure 222, 232 de la bride radiale amont 22 ou aval 23 du corps 2 contre laquelle cette contre-plaque 5, 6, 5’, 6’ est fixée, de façon renforcer la tenue mécanique de cette bride 22 ou 23. Toutefois, afin d’alléger la masse du carter, cette hauteur H4 peut être inférieure à H5 ou bien la hauteur H4 peut varier sur la longueur de la contre-plaque de sorte à être par endroits seulement inférieure à H5.
Grâce à cette ou ces contre-plaque(s) 5, 6, 5’, 6’, la bride 22, 23 se trouve ainsi disposée entre deux plaques de métal (à savoir la contre-plaque 5, 5’ ou 6, 6’ et l’aile radiale 30 ou 40 de la pièce de renfort 3, 3’, 4, 4’ et la tenue mécanique globale du carter 1 vis-à-vis de la compression et d’une élévation de température s’en trouve grandement améliorée.
Les différents types de pièces de renfort 3, 4, 3’, 4’ et les différents types de contre plaque 5, 6, 5’, 6’ qui viennent d’être décrits peuvent être combinés de différentes façons.
Ainsi, il est possible d’avoir des pièces de renfort et/ou des contre-plaques, (qu’elles soient sous forme annulaire ou sous forme de segments annulaires), disposées contre l’une et/ou l’autre des brides 22, 23 du corps 2.
Lorsque de part et d’autre d’une bride du corps 2, se trouvent des pièces de renfort sous forme de segments annulaires 3’ et des contre-plaques sous forme de segments annulaires 5’, et que ces segments sont disposés respectivement circonférentiellement bout à bout, alors de façon avantageuse, on dispose les segments 3’ de façon que leurs lignes de contact au niveau de leurs extrémités respectives soient décalées circonférentiellement par rapport aux lignes de contact des extrémités respectives des segments 5’. Avantageusement, on fait de même pour les segments annulaires 4’et 6’. On renforce ainsi la tenue mécanique de la bride du corps 2.
Lorsque les segments annulaires sont disposés circonférentiellement mais qu’ils ne se touchent pas (parce qu’ils ne sont pas disposés bout à bout), il est également avantageux de disposer les segments 3’ et 5’ de façon que les extrémités d’un segment 3’ soient décalées circonférentiellement par rapport aux extrémités d’un segment 5’ se trouvant de l’autre coté de la bride du corps 2, (il en est de même pour les segments 4’ et 6’).
Procédé de fabrication du carter.
La ou les pièces de renfort et la ou les contre-plaques métalliques sont fabriquées par exemple par moulage ou par exemple par forgeage. Par exemple, on lamine un barreau de titane, éventuellement on le cintre et ensuite on l’usine.
L’assemblage de la au moins une pièce de renfort 3, 3’, 4, 4’, du corps 2 et éventuellement de la au moins une contre-plaque 5, 5’, 6, 6’ peut se faire de différentes façons.
Assemblage par collage à froid.
Dans ce cas, le corps 2 en matériau composite est fabriqué au préalable.
Pour se faire, on utilise une préforme tissée en 3D, par exemple en torons de carbone. On enroule ensuite cette préforme sur plusieurs tours d’épaisseur, autour d’une partie du moule. Puis ce moule dont la forme est adaptée à celle du corps 2 est fermé et la résine est injectée, afin d’obtenir le corps 2 avec son fût et ses brides.
Par ailleurs, de préférence, et comme on peut le voir sur la , le fût 21 du corps 2 présente à au moins l’une de ses extrémités et de préférence à ses deux extrémités 211 et 212, une épaisseur E1 inférieure à celle du reste du fût 21, de façon à définir un évidement annulaire référencé 2110 pour l’extrémité amont 211 et respectivement 2120 pour l’extrémité aval 212.
Dans la variante de réalisation préférée de l’invention représentée sur la , ces évidements amont 2110 et aval 2120 sont formés sur la face interne 213 du fût 21.
Les dimensions de ces évidements 2110, 2120 (largeur et épaisseur) sont telles que ces évidements 2110, 2120 peuvent recevoir la branche axiale 31, respectivement 41 de la pièce de renfort 3, 3’,4, 4’ correspondante et que cette branche axiale affleure au niveau de la face du fût 21 dans laquelle cet évidement est formé.
De préférence, et dans la mesure où le corps 2 est fabriqué par enroulement d’une préforme, l’épaisseur de l’évidement 2110, 2120 (et donc l’épaisseur de la branche axiale 31, 41) correspond à un multiple de l’épaisseur de la préforme. En d’autres termes, dans le mode de réalisation de la , l’évidement amont 2110 est dimensionné de façon à recevoir la branche axiale 31 de la pièce de renfort amont 3 et l’évidement aval 2120 est dimensionné de façon à recevoir la branche axiale 41 de la pièce de renfort 4 et que dans chaque cas, les branches axiales 31, 41 affleurent au même niveau que la face interne 213 du fût 21.
La fixation de la ou des pièces de renfort et éventuellement de la ou des contre-plaques peut ensuite s’effectuer par positionnement de ces pièces sur le corps 2, aux endroits appropriés décrits précédemment, puis par collage à froid, par exemple à l’aide d’une colle du type époxy ou d’un film adhésif thermodurcissable.
Avec ce type de fixation, si le fût 21 est cylindrique, alors on utilise une contre-plaque sous forme de segments annulaires qui peuvent être rapportés sur la face intérieure des brides 22 ou 23. Si le fût 21 est tronconique, il est possible d’utiliser une contre-plaque annulaire 5, 6, en l’introduisant autour de l’extrémité de plus faible diamètre du fût 21 et en l’appliquant contre la bride se trouvant à l’extrémité de plus grand diamètre du fût 21.
Assemblage par co-injection.
Dans ce cas, la ou les pièce(s) de renfort 3, 3’, 4, 4’ et éventuellement la ou les contre-plaque(s) 5, 5’, 6, 6’ si elles sont présentes, sont disposées dans le moule de fabrication du corps 2. La préforme y est disposée (enroulée) comme expliqué précédemment pour l’assemblage par collage à froid, puis le moule est fermé et la résine est injectée dans le moule, de sorte que les pièces précitées sont tenues avec le corps 2.
Assemblage par fixation mécanique.
De préférence, cette fixation de la ou les pièce(s) de renfort 3, 3’, 4, 4’ et éventuellement la ou les contre-plaque(s) 5, 5’, 6, 6’ si elles sont présentes, est effectuée à l’aide de rivets.
De préférence encore, on utilise des rivets à tête fraisée pour garder des surfaces lisses.
Des rivets axiaux peuvent être fixés au travers d’orifices axiaux ménagés respectivement au travers des brides amont 22 et aval 23 et des branches radiales 30, 40 des pièces de renfort 3, 3’, 4, 4’ et au travers d’orifices axiaux ménagés dans les contre-plaques 5, 5’, 6, 6’.
Des rivets radiaux peuvent également être fixés au travers d’orifices radiaux, ménagés au travers des branches axiales 31, 41 et des extrémités 211 et 212 du fût 21.
De tels rivets ne sont pas représentés sur les figures.
Sur les figures 6 et 7, on peut voir les orifices axiaux 300, 400 et radiaux 310, 410 formés au travers de la branche radiale 30, 40 et de la branche axiale 31, 41 de la pièce de renfort amont 3’ ou aval 4’. Sur la , on peut voir les orifices axiaux 50 prévus au travers de la contre-plaque 5.
Enfin, on notera que l’assemblage par fixation mécanique peut être le seul mode d’assemblage ou être effectué en plus d’un assemblage par collage à froid ou co-injection.

Claims (13)

  1. Carter annulaire (1) d’une turbomachine, notamment un carter annulaire de soufflante d’une turbomachine, comprenant un corps (2) réalisé en matériau composite à matrice organique, ce corps (2) comprenant un fût (21) cylindrique ou tronconique, d’axe longitudinal X-X’, muni à ses extrémités amont (211) et aval (212),respectivement d’une bride radiale annulaire amont (22) et d’une bride radiale annulaire aval (23),
    caractérisé en ce qu’ilcomprend au moins une pièce de renfort (3, 4, 3’, 4’), réalisée en métal, notamment en titane, cette pièce de renfort étant une pièce annulaire (3, 4) ou en forme de segment annulaire (3’, 4’),
    en ce que ladite pièce de renfort (3, 4, 3’, 4’) possède sur au moins une partie de sa circonférence, une section transversale en L, de façon à présenter une branche radiale (30, 40) et une branche axiale (31, 41),
    et en ce que ladite pièce de renfort (3, 4, 3’, 4’) est fixée sur le corps(2), de façon que sa branche radiale (30, 40) soit au contact de la face extérieure (221, 231) de l’une des deux brides radiales amont (22) et aval (23) et que sa branche axiale (31, 41) soit au contact de l’extrémité (211, 212) du fût (21) depuis laquelle s’étend la bride radiale (30, 40) contre laquelle ladite au moins une pièce de renfort (3, 4) est fixée.
  2. Carter annulaire (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bride radiale annulaire amont (22) et la bride radiale annulaire aval (23) s’étendent radialement vers l’extérieur et en ce que la branche axiale (31, 41) de la pièce de renfort (3, 4) est fixée au contact de la face interne (213) du fût (21).
  3. Carter annulaire (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la pièce de renfort (3, 4) est annulaire et possède une section transversale en L sur toute sa circonférence.
  4. Carter annulaire (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu’il comprend plusieurs pièces de renfort annulaire en forme de segments annulaires (3’, 4’), et en ce que ces segments annulaires (3’, 4’) sont fixés sur le corps (2) circonférentiellement bout à bout.
  5. Carter annulaire (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu’il comprend plusieurs pièces de renfort annulaire en forme de segments annulaires (3’, 4’), et en ce que ces segments annulaires (3’, 4’) sont fixés sur le corps (2) de façon à être espacés l’un de l’autre ou les uns des autres.
  6. Carter annulaire (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la pièce de renfort (3, 3’, 4, 4’) possède au moins deux parties (7) à section transversale en L, jointes par une partie de jonction (8).
  7. Carter annulaire (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite partie de jonction (8) présente au choix, la forme :
    - d’une languette axiale (81) qui s’étend dans le prolongement des branches axiales (31, 41) des deux parties (7) à section transversale en L jointes par ladite languette axiale (81), cette languette axiale (81) présentant une largeur (L2) inférieure ou égale à la largeur (L1) des branches axiales (31, 41) des deux parties (7) à section transversale en L, jointes par ladite languette axiale (81),
    -d’une languette radiale (82) qui s’étend dans le prolongement des branches radiales (30, 40) des deux parties (7) à section transversale en L, jointes par ladite languette radiale (82), cette languette radiale (82) présentant une hauteur (H2) inférieure ou égale à la hauteur (H1) des branches radiales (30, 40) des deux parties (7) à section transversale en L, jointes par ladite languette radiale (82),
    -d’une équerre en L (83) munie d’une branche radiale (830) et d’une branche axiale (831), la hauteur (H3) de la branche radiale (830) de l’équerre (83) étant inférieure à la hauteur (H1) des branches radiales (30, 40) des deux parties à section transversale en L, jointes par ladite équerre (83) et la largeur (L3) de la branche axiale (831) de l’équerre (83) étant inférieure à la largeur (L1) des branches axiales (31, 41) des deux parties (7) à section transversale en L, jointes par ladite équerre (83).
  8. Carter annulaire (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la largeur (L1) de la branche axiale (31, 41) de la pièce de renfort (3, 4, 3’, 4’) est égale ou supérieure à la hauteur (H1) de la branche radiale (30, 40) de cette même pièce de renfort (3, 4, 3’, 4’).
  9. Carter annulaire (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la hauteur (H1) de la branche radiale (30, 40) de la pièce de renfort (3, 4, 3’, 4’) est telle qu’elle recouvre la totalité de la face extérieure (221, 231) de la bride radiale amont (22) ou aval (23) au contact de laquelle elle se trouve.
  10. Carter annulaire (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le fût (21) du corps (2) présente à au moins l’une de ses deux extrémités amont (211) et aval (212), une épaisseur (E1) inférieure à celle du reste du fût (21), de façon à définir un évidement annulaire (2110, 2120) et en ce que cet évidement annulaire (2110, 2120) est dimensionné de façon à recevoir la branche axiale (31, 41) de la pièce de renfort (3, 4 ; 3’, 4’) et que cette branche axiale (31, 41) affleure au niveau de la face du fût (21) dans laquelle cet évidement (2110, 2120) est formé.
  11. Carter annulaire (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu’il comprend au moins une contre-plaque métallique, fixée contre la face intérieure (222, 232) de l’une des deux brides radiales amont (22) et aval (23) du corps (2), cette contre-plaque étant une contre-plaque annulaire (5, 6) ou ayant la forme d’un segment annulaire (5’, 6’), et cette contre-plaque (5, 6, 5’, 6’) présentant une hauteur (H4) constante ou variable et une hauteur (H4) inférieure ou égale à la hauteur (H5) de la face intérieure (222, 232) de la bride radiale amont (22) ou aval (23) du corps (2) contre laquelle cette contre-plaque (5, 6, 5’, 6’) est fixée.
  12. Carter annulaire (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que ladite pièce de renfort (3, 4, 3’, 4’) et éventuellement ladite contre-plaque (5, 6, 5’, 6’) est fixée ou sont fixées sur le corps (2) par collage à froid, par co-injection et/ou par assemblage mécanique notamment à l’aide de rivets.
  13. Procédé de fabrication d’un carter annulaire (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend des étapes :
    -de fabrication de ladite au moins une pièce de renfort (3, 4, 3’, 4’),
    -de fabrication éventuelle de ladite contre-plaque (5, 6, 5’, 6’) si celle-ci est présente,
    - et d’assemblage du corps (2), de la pièce de renfort (3, 4 ; 3’, 4’) et éventuellement de la contre-plaque (5, 6, 5’, 6’) par collage à froid ou par co-injection et/ou assemblage mécanique notamment à l’aide de rivets, de façon à obtenir ledit carter annulaire (1).
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