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Aube de rotor avec dépôt de matériau anti-usure
Domaine de l'invention
L'invention concerne une aube de rotor de turbomachine.
L'invention concerne en outre un procédé de dépôt de matériau anti-usure
sur une aube de rotor de turbomachine.
Etat de l'art
Il existe des aubes de rotor de turbomachine comportant un côté
intrados et un côté extrados disposés de part et d'autre d'un axe
d'empilement d'aube. Une telle aube est par exemple une aube d'un étage
de turbine. En référence à la figure 1, de telles aubes présentent à leur
extrémité distale 103 un talon 105.
Chaque talon 105 comprend une plateforme 2 présentant un
premier bord 201 côté intrados et un second bord 202 côté extrados.
Chaque talon 105 comprend au moins une léchette 3 d'étanchéité
présentant une première portion d'extrémité 301 côté intrados et une
seconde portion d'extrémité 302 côté extrados. La léchette 3 est par
exemple apte à coopérer avec une garniture du stator, par exemple une
garniture abradable, de sorte à limiter les frottements entre l'aube et une
virole concentrique au rotor.
La léchette 3 présente un sommet de léchette s'étendant
radialement vers l'extérieur à partir de ladite plateforme 2 entre lesdites
première 301 et seconde 302 portions d'extrémité. Par direction radiale on
entend une direction orthogonale à un axe de turbomachine.
A son extrémité proximale 102, l'aube comprend par exemple un
pied 104 par lequel elle est fixée à un disque du rotor de la turbomachine.
Plusieurs aubes mobiles peuvent être fixées sur un disque de rotor, leurs
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Date Reçue/Date Received 2020-05-21
CA 02899675 2015-07-29
WO 2014/118456
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talons 105 étant alors disposés bord à bord de sorte à former une
couronne circonférentielle. Une telle couronne circonférentielle permet de
délimiter extérieurement une veine d'écoulement de gaz traversant la
turbomachine et de limiter ainsi d'éventuelles fuites de gaz.
Afin d'amortir les vibrations auxquelles les aubes sont soumises en
fonctionnement, les aubes sont montées sur leur disque de rotor avec une
contrainte de torsion autour de leur axe d'empilement. Par axe
d'empilement on entend l'axe passant par le centre de gravité de la
section la plus basse de l'aube, c'est-à-dire celle la plus proche de
l'extrémité proximale, et orthogonale à l'axe de la turbomachine.
Ainsi, les plateformes 2 des talons 105 sont dessinées pour que
chaque aube soit mise en contrainte de torsion par appui avec ses
voisines, principalement le long desdites deuxièmes portions des bords
201 et 202 latéraux. Pour améliorer l'appui des aubes entre elles et,
notamment, éviter le chevauchement des talons 105 et transmettre le
mieux possible les efforts d'une aube sur ses voisines, il est connu de
prévoir, le long du premier bord 201 et/ou du second bord 202, entre les
deux portions d'extrémité 301 et 302 de deux léchettes 3 et 4, un profil
présentant trois portions formant un Z , la portion centrale du Z
présentant un rebord en saillie. Ce rebord est adapté pour recevoir une
couche de matériau anti-usure pour protéger le talon 105 des frottements
avec l'aube adjacente.
Le dépôt de matériau anti-usure est fait de manière classique sur
la pièce brute de fonderie. Cependant la quantité à déposer est
relativement faible et la surface à déposer la plus petite possible, de sorte
à ne pas augmenter la masse de l'aube et de sorte à limiter la quantité de
matériau utilisée. Il est ainsi fréquent qu'il y ait des débordements lors du
dépôt de matériau anti-usure, et que ces débordements subsistent après
usinage de l'aube. Il est alors nécessaire de reprendre les débordements
en retouchant manuellement l'aube. Cependant, une telle étape de
retouche manuelle reste délicate étant donnée les faibles dimensions du
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rebord et du dépôt. En outre, une telle étape est onéreuse d'une part car
elle complexifie et prolonge le procédé de fabrication de l'aube ¨ des
étapes de contrôles supplémentaires étant également nécessaires ¨ et
d'autre part car elle induit une quantité importante de rebus.
De plus, un tel talon 105 doit présenter un profil particulier et un
rebord faisant saillie, ce qui implique une réalisation plus complexe
également pour la pièce brute.
Résumé de l'invention
Un but de l'invention est de pallier ces inconvénients.
A cet effet, il est prévu une aube de rotor de turbomachine ladite
aube présentant à son extrémité distale un talon comprenant :
- une plateforme présentant un premier bord côté intrados et un
second bord côté extrados,
- au moins une léchette d'étanchéité présentant une première
portion d'extrémité côté intrados et une seconde portion
d'extrémité côté extrados, ladite léchette présentant un sommet
de léchette s'étendant radialement vers l'extérieur à partir de
ladite plateforme entre lesdites première et seconde portions
d'extrémité,
pour au moins une léchette, le talon comprenant, au niveau d'un des
bords au moins, une portion formant une cuvette s'étendant le long de la
portion d'extrémité de la léchette qui correspond au bord, la portion
formant cuvette étant adaptée pour recevoir un dépôt de matériau anti-
usure.
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L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques
suivantes, prises seules ou en une quelconque de leurs combinaisons
techniquement possibles :
- une couche de matériau anti-usure déposée dans chaque
cuvette ainsi formée ;
- le talon comprend, pour au moins une léchette, au niveau du
premier, respectivement second bord, une première,
respectivement seconde, portion formant une cuvette s'étendant
le long de la première, respectivement seconde, portion
d'extrémité de la léchette, la première, respectivement seconde,
portion formant cuvette étant adaptée pour recevoir un dépôt de
matériau anti-usure ;
- chaque portion formant cuvette comprend deux parois
s'étendant de part et d'autre de la portion d'extrémité de léchette
correspondante, les parois formant les bords latéraux de la
cuvette et la portion d'extrémité de léchette formant le fond de la
cuvette ;
- une léchette amont et une léchette aval ;
- le matériau anti-usure est de type stellite ;
- l'aube est une pièce brute d'aube avant usinage ;
- l'aube est une aube usinée.
L'invention concerne en outre un procédé de dépôt de matériau
anti-usure sur une aube de rotor de turbomachine, comprenant les étapes
consistant à :
- fournir une telle pièce brute d'aube de rotor de turbomachine,
- déposer une couche de matériau anti-usure dans chaque
cuvette formée, et
- usiner les parois de la cuvette dépassant la couche de matériau
anti-usure déposée,
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En outre, le procédé peut comprendre une étape consistant à
poncer la surface de la couche anti-usure et de la portion formant cuvette
usinée, de sorte à les lisser.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront
lors de la description ci-après d'un mode de réalisation. Aux dessins
annexés :
- la figure 1 représente un détail d'une aube de rotor de
turbomachine selon l'art antérieur,
- la figure 2 représente une aube de rotor de turbomachine selon
un exemple de mode de réalisation de l'invention,
- la figure 3a représente une léchette de l'aube de la figure 2 sans
le dépôt de matériau anti-usure,
- la figure 3b représente la léchette de la figure 3a avec le dépôt
de matériau anti-usure,
- la figure 4a représente une vue selon un axe radial du talon
d'une pièce brute d'aube de rotor selon un exemple de mode de
réalisation de l'invention,
- la figure 4b représente une vue selon un axe radial du talon
d'une aube de rotor de turbomachine après application à la
pièce de brute de la figure 5a d'un procédé selon un exemple de
mode de réalisation de l'invention,
- la figure 5a représente une vue en perspective du talon de la
figure 4a,
- la figure 5b représente une vue en perspective du talon de la
figure 5a après dépôt de matériau anti-usure.
- la figures 5c représente une vue en perspective du talon de
l'aube de la figure 5b après usinage et ponçage,
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- la figure 6 représente sous forme de diagramme du procédé
selon un exemple de mode de réalisation de l'invention.
Description détaillée de l'invention
Exemple d'aube
Structure générale de l'aube
En référence aux figures 2 à 5c, il est décrit un exemple d'aube de
rotor de turbomachine. Une telle aube peut par exemple être une aube de
turboréacteur d'avion, par exemple au niveau d'un étage basse pression.
L'aube comporte un côté intrados et un côté extrados disposés de
part et d'autre d'un axe d'empilement d'aube. L'aube peut ainsi
comprendre une pale 101 s'étendant suivant un axe d'empilement de
l'aube. La pale 101 s'étend entre une extrémité proximale 102 et une
extrémité distale 103 de l'aube.
L'aube comprend un pied 104 au niveau de son extrémité proximale
102, par lequel elle est par exemple fixée à un disque du rotor de
turbomachine. Le disque permet d'entraîner l'aube en rotation autour d'un
axe de la turbomachine.
Talon
L'aube présente à son extrémité distale 103 un talon 105. Le talon
105 peut être réalisé de telle sorte que, lorsque plusieurs aubes mobiles
sont fixées sur un disque de rotor, leurs talons 105 sont disposés bord à
bord de manière à former une couronne rotative délimitant une surface de
révolution autour de l'axe de rotation des aubes. Cette couronne a,
notamment, pour fonction de délimiter une surface extérieure d'une veine
d'écoulement du gaz circulant entre les pales 101 et de limiter ainsi
d'éventuelles fuites de gaz au niveau de l'extrémité distale 103 des aubes.
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Le talon 105 comprend une plateforme 2 présentant un premier
bord 201 côté intrados et un second bord 202 côté extrados. Les premier
et second bords 201 et 202 sont par exemple des bords latéraux opposés.
La plateforme 2 peut délimiter extérieurement la veine d'écoulement du
gaz circulant entre les pales 101.
Léchette
Le talon 105 comprend au moins une léchette 3 d'étanchéité. La
léchette 3 présente une première portion d'extrémité 301 côté intrados et
une seconde portion d'extrémité 302 côté extrados. La léchette 3 présente
un sommet de léchette s'étendant radialement vers l'extérieur à partir de
ladite plateforme 2 entre lesdites première 301 et seconde 302 portions
d'extrémité. Le talon 105 peut comprendre une léchette amont 3 et une
léchette aval 4, l'amont et l'aval étant défini selon le sens d'écoulement du
gaz. Les léchettes amont 3 et aval 4 peuvent être réalisées de telle sorte
que, lorsque plusieurs aubes mobiles sont fixées sur un disque de rotor,
les léchettes 3 et 4 des aubes sont disposées bord à bord de manière à
former un anneau rotatif selon l'axe de rotation des aubes, cet anneau
étant contenu sensiblement dans un plan radial. Un tel anneau permet de
limiter le jeu existant entre les aubes et un stator, ou une virole de stator,
qui entoure celles-ci, afin de limiter les éventuelles fuites de gaz à cet
endroit.
La partie de la plateforme 2 s'étendant en amont de la léchette
amont 3 constitue une partie amont 203 ou becquet amont. La partie de la
plateforme 2 s'étendant en aval de la léchette aval 4 constitue une partie
aval 205 ou becquet aval. Entre, la partie amont 203 et la partie aval 205,
la plateforme 2 présente une partie centrale 204 s'étendant entre les
léchettes amont 3 et aval 4.
Dans le but d'amortir les vibrations auxquelles les aubes sont
soumises en fonctionnement, les aubes peuvent être montées sur leur
disque de rotor avec une contrainte de torsion autour de leur axe
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d'empilement. Ainsi, les plateformes 2 peuvent être dimensionnées de
telle sorte que chaque aube soit mise en contrainte de torsion par appui
avec ses voisines au niveau des talons 105, principalement le long des
portions d'extrémité des léchettes 3 et 4.
Portion formant cuvette
Pour au moins une léchette 3, par exemple pour chaque léchette 3,
le talon 105 comprend, au niveau d'un des bords 201 ou 202 au moins,
une portion formant une cuvette 5 s'étendant le long de la portion
d'extrémité 301 ou 302 de la léchette 3 qui correspond au bord 201 ou
202, la portion formant cuvette 5 étant adaptée pour recevoir un dépôt de
matériau anti-usure 7. Ainsi le talon 105 peut comprendre, pour au moins
une léchette 3, par exemple pour chaque léchette 3, au niveau du premier
201, respectivement second 202 bord, une première, respectivement
seconde, portion formant une cuvette 5 s'étendant le long de la première
301, respectivement seconde 302, portion d'extrémité de la léchette 3, la
première, respectivement seconde, portion formant cuvette 5 étant
adaptée pour recevoir un dépôt de matériau anti-usure 7.
Comparativement à l'art antérieur, la portion formant cuvette 5, le long
d'une portion d'extrémité 301 ou 302 de la léchette 3, permet une
rigidification de cette léchette 3, et donc de mieux supporter les efforts
provoqués par le contact avec les talons 105 adjacents. Les figures
référencées représentent des portions formant cuvette 5 au niveau de la
léchette amont 3, cependant de telles portions formant cuvettes 5 peuvent
être présentes, alternativement ou en complément, au niveau de la
léchette aval 4.
Chaque portion formant cuvette 5 peut comprendre deux parois 501
et 502 s'étendant de part et d'autre de la portion d'extrémité de léchette 3
correspondante. Ces parois forment ainsi deux faces 501 et 502 formant
des parois latérales de la cuvette 5 et la portion d'extrémité de léchette 3
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forme le fond de la cuvette 5. Ces parois 501 et 502 pourront être reprises
lors d'un usinage ultérieur.
Dépôt de matériau anti-usure
Ainsi l'aube peut-elle comprendre une couche de matériau anti-
usure 7 déposée dans chaque cuvette 5 ainsi formée. Le constituant
l'aube est en général peu résistant à l'usure et le matériau anti-usure
permet de prolonger sa durée de vie en protégeant les parties sujettes à
l'usure.
La couche de matériau anti-usure 7 peut être obtenue par brasage
de plaquettes d'alliage spécifique de dureté élevée au niveau de la cuvette
5.
La couche de matériau anti-usure 7 peut être obtenue par
chargement de cette face latérale avec un alliage mise en fusion. La
chaleur nécessaire peut par exemple provenir d'un arc électrique gainé de
gaz neutre ou bien par un faisceau laser. Le matériau anti-usure 7 peut
être un alliage de base cobalt, par exemple un alliage de cobalt, de
chrome de tungstène et de carbone, par exemple un tel alliage du type de
ceux commercialisés sous la marque "Stellite", présentant de bonnes
propriétés anti-usure. Le matériau anti-usure 7 peut ainsi être fait sur une
pièce brute de fonderie d'aube avant usinage, par stellitage. La présence
de la cuvette 5 au niveau de la léchette 3 permet de réaliser un dépôt en
quantité faible et sans risque de débordement. En effet, la portion formant
cuvette 5 agit comme une gouttière lors du dépôt de matériau en
fusion, le débordement étant limité par les bords de la cuvette 5. Les
bords de parois de cuvette 5 dépassant le matériau anti-usure déposé
peuvent ensuite être enlevés lors d'un usinage ultérieur permettant
d'obtenir l'aube usinée.
Les parois 501 et 502 de la portion cuvette 5 doivent ainsi présenter
une épaisseur suffisante pour ne pas fondre complétennent lors de la
dépose du matériau anti-usure en fusion. Leur état après dépôt pourra
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cependant être modifié lors de l'usinage. Ainsi une épaisseur de 1,5 mm
pour les parois 501 et 502, par exemple, est suffisante. De même le dépôt
de matériau anti-usure 7 n'a pas besoin de présenter des imperfections
car la forme de la couche pourra être modifiée lors d'un usinage ultérieur
et éventuellement d'un ponçage ultérieur.
Une telle aube permet ainsi un dépôt de stellite le long de la
léchette 3, ce qui assure une plus grande longévité à l'aube car les zones
protégés par le matériau anti-usure 7 prennent appui sur la léchette 3. Par
ailleurs, une telle aube permet un dépôt automatisé de matériau anti-usure
et ne nécessite plus d'opération manuelle. Le matériau se répartissant le
long de la cuvette 5, il est ainsi plus aisé de réaliser un dépôt d'une
quantité faible de matériau. Il est ainsi possible d'obtenir, après usinage,
une couche de matériau anti-usure 7. La couche de matériau anti-usure 7
est par exemple d'une épaisseur de 1 mm ou d'une épaisseur supérieure.
De plus, une telle aube ne nécessite plus d'étape de contrôle
ultérieur, la portion formant cuvette 5 évitant tout débordement et la forme
finale de la portion étant obtenue après usinage. Il en résulte une
simplification du procédé de dépôt de matériau anti-usure, et plus
généralement du procédé de fabrication d'aubes de rotor de
turbomachine.
Exemple de procédé
En référence à la figure 6, il est décrit un procédé de dépôt de
matériau anti-usure sur une aube de rotor de turbomachine. Le procédé
comprend une première étape 601 consistant à fournir une pièce brute
d'aube de rotor de turbomachine telle que décrite ci-avant et telle que
représentée figure 5a. Le procédé comprend une deuxième étape
consistant à déposer une couche de matériau anti-usure 7 telle que
décrite ci-avant dans chaque cuvette 5 formée, pour obtenir un talon 105
tel que représenté figure 5b. Le procédé comprend une troisième étape
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603 consistant à usiner les bords de parois 501 et 502 de la cuvette 5
dépassant la couche de matériau anti-usure 7 déposée, de sorte à obtenir
une aube usinée telle que représentée figure 5c.
Le procédé peut comprendre une quatrième étape 604 consistant à
poncer la surface de la couche de matériau anti-usure 7 et de la portion
formant cuvette 5 après usinage, de sorte à les lisser.
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