Brevet FR2001523A1 — publié le 19690926

o902459 i 2001523 L'invention a pour objet un procédé de fabrication d'aubes de moteurs à turbine à gaz ou de réacteurs. On a manifesté, récemment, beaucoup d'intérêt pour l'emploi de matériaux composites, particulièrement de matériaux renforcés par des fibres, pour la 5 fabrication des aubes de moteur à turbine à gaz. L'invention concerne un procédé de fabrication d'aubes en matière renfçrcée par des fibres, dont on utilise, d'une manière avantageuse, la résistance élevée à la traction. Selon le procédé de l'invention, pour fabriquer des aubes de réacteurs en matière renforcée par des fibres, on procède aux opérations suivantes : on forme 10 plusieurs pièces en matière renforcée par des fibrès, chaque pièce comprenant un flanc aérodynamique d'une aube, une partie intermédiaire de liaison, et un flanc aérodynamique opposé d'une aube voisine , on fixe les pièces ensemble, de façon annulaire, de manière que chaque flanc d'une aube soit appliqué contre un flanc correspondant d'une pièce voisine, afin de constituer une aube complè-15 te. Selon un autre aspect de l'invention, une pièce utile à la mise en oeuvre du procédé de l'invention, est en matière renforcée par des fibres et présente un flanc aérodynamique d'une aube, une partie intermédiaire'de liaison, et au mokis une partie d'un flanc aérodynamique opposé d'une aube voisine. 20 Les-pièces sont, de préférence, formées de façon que la majorité des fibres de renforcement des flancs soient alignées dans une direction qui est substantiellement radiale par rapport à l'ensemble des aubes disposées annulairement. Quand les pièces sont assemblées, la partie intermédiaire de liaison peut être fixée â un disque, par une clavette axiale qui passe à travers cette partie 25 et qui se prolonge extérieurement dans le sens radial. Les clavettes peuvent être retenues par une goupille axiale, placée entre une paire de disques présentant des lèvres d'arrêt. Selon une variante de réalisation, chaque pièce comprend un organe analogue â un étui, dans lequel des parois opposées constituent les flancs, tandis 30 que les parois restantes constituent des manchons intérieur et extérieur. Dans ce cas, l'assemblage des pièces peut se faire par adhérence des flancs les uns aux autres, pour former un anneau complet qui peut être fixé à un disque. Dans ce dernier exemple, les pièces sont obtenues, de préférence, par enroulement des fibres autour d'une forme dont le profil extérieur correspond 6902459 2 2001523 au profil recherché de l'intervalle séparant les aubes. On donnera maintenant, uniquement à titre d'exemple, une description de la mise en oeuvre du procédé de l'invention, et de plusieurs variantes de réalisation d'aubes obtenues selon ce procédé. On se référera aux dessins annexés 5 dans lesquels : - la figure 1 est une vue en élévation, partiellement arrachée, d'un réacteur auquel sont incorporées des aubes obtenues conformément à l'invention : - .la figure 2 est une vue en perspective d'un exemple d'aube selon l'invention, montée sur un disque ; 10 - la figure 3 est une vue en coupe par un plan radial passant entre deux aubes de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue en perspective d'un autre mode de réalisation d'aubes, conformément à l'invention ; - la figure 5 est une vue en perspective d'un disque sur lequel sont montées 15 les aubes de la fi gure 4. Le réacteur visible sur la figure 1, comprend un compresseur 10, un équipement de combustion 11, une turbine 12 et une tuyère terminale 13. L'enveloppe du compresseur 10 est arrachée à son extrémité gauche, pour laisser visibles les aubes rotoriques 14 et les aubes statoriques 1 5 du compresseur. 20 La figure 2 représente, en perspective, les aubes 14 telles qu'elles sont montées sur un disque ou roue à aube du compresseur, disque qui est partiellement représenté en 16. Les aubes 14 sont constituées à partir d'une série de pièces en U, formées chacune d'une matière à base de résine renforcée par des fibres, et présentant un flanc aérodynamique 17 à section concave, dans un plan 25 transversal, une partie intermédiaire de liaison 18 en U, et un flanc aérodynamique 19 à section convexe dans un plan transversal. On peut voir que ces pièces ont, dans l'ensemble, l'allure d'un U dont les branches constituent les flancs àérodynamiques 17 et 19, tandis que la partie centrale constitue la partie intermédiaire de liaison 18. Chaque flanc 17 est collé au flanc 19 de 30 la pièce immédiatertfient voisine, de façon à former avec elle une aube complète 14 ; on notera que les pièces en U sont disposées pour former ensemble une rangée annulaire complète d'aubes 14. Chacune des pièces en U est maintenue sur le disque 1 6 en raison de la coopération d'une clavette demi-cylindrique 20 avec la partie intermédiaire 18. o902459 .?001523 Ainsi que fe montre mieux la figure 3, la clavette 20 s'étend axialement entre deux disques de retenue 21 et 22. Il est évident que les aubes sont retenues de cette façon contre les effets de la force centrifuge, grâce au transfert des forces de traction appliquées à la partie 18, d'abord à la clavette 20, puis au 5 disque 22, cependant que les moments de flexion qui peuvent s'établir dans les parties 20 sont compensées par le collage de celles-ci aux parties 18. Si nécessaire, les parties intermédiaires de liaison 18 peuvent également être collées au disque principal 16, pour que l'on obtienne une rigidité supplémentaire à la flexion. 10 Afin que la partie annulaire proche des racines des aubes 14 soit plus régu lière, la gouttière centrale de chacune des parties 20 est remplie, comme on le voit en 23, d'une charge légère en mousse de matière plastique, qui présente une surface extérieure lisse. Dans chacune des pièces en U comprenant les flancs 17 et 19 et la partie 15 intermédiaire 18, les fibres de renforcement sont disposées pour s'allonger radia-lement à partir du disque, dans les flancs 17 et 19, et pour suivre la courbure de la partie intermédiaire 18, de façon qu'elle soit, à cet endroit, disposée substantiellement circonférentiellement. On remarquera que, quand on adopte ce mode de construction, les fibres sont disposées pour être sous tension sous l'effet 20 des forces centrifuges qui s'exercent sur les aubes ; comme ces fibres de renforcement, qui peuvent être, par exemple, des fibres de carbone ou de graphite, présentent la résistance la plus élevée aux efforts de traction, .on notera que le procédé de l'invention est avantageux pour lia fabrication et le montage des aubes. Les fibres auxquelles on fait allusion dans l'exemple ci-dessus, peuvent 25 être avantageusement disposées, pour former les pièces en U, sous forme d'un filament continu, grâce à une technique d'enroulement. La figure 4 représente, en perspective, un autre mode d'application du procédé, et de réalisation d'aubes conformes à l'invention. On utilise une forme 25, dont les surfaces sont destinées à épouser le profil de l'intervalle désiré entre 30 deux aubes 14, et qui sont recouvertes, si nécessaire, d'une matière isolante. On enroule autour de ces surfaces, comme indiqué en 26 et en 27, une fibre de renforcement se présentant sous forme d'un filament continu portant une couche de résine, susceptible de devenir collante. On exécute avantageusement cet enroulement, en faisant tourner la forme autour d'un axe central (indiqué en 6902459 2001523 A-A) pendant que l'on fait arriver le filament à l'emplacement voulu. Il est nécessaire que ce dernier soit adhésif pour qu'il reste en place sur les parties des surfaces qui sont fortement inclinées. Une fois que le filament a été enroulé autour de ces surfaces, on l'imprègne encore de résine, et on chauffe le tout 5 pour faire durcir cette dernière. On divise la forme 25 en trois pièces, comme on l'a indiqué en 28 et en 29, l'une d'elles ayant la forme d'un coin et pouvant être facilement retirée de l'organe durci 30. On remarquera que le coin s'enlève facilement, et qu'il laisse suffisamment d'espace pour que les parties restantes de la forme 25 puissent être retirées, 10 en fournissant la pièce 30. Celle-ci a la forme d'un étui ouvert sur ses faces opposées, et ayant un profil intérieur qui est celui de l'intervalle voulu entre les aubes. La partie qui était appliquée contre la paroi 26 devient un flanc convexe (équivalent au flanc 19) et la surface opposée est équivalente au flanc concave 17. La partie adjacente à la surface 27 et la partie adjacente à la 15 surface opposée peuvent jouer le rôle de manchons intérieur ou extérieur, ou peuvenf être découpées, si nécessaire. La figure 5 est une vue en perspective d'un disque 16, sur lequel sont montées des aubes 14 ; cette figure montre comment les étuis 30 sont utilisés pour former une rangée annulaire d'aubes. 20 Dans la région inférieure de la figure 5, les aubes 14 sont constituées à partir d'étuis 30, comme celui visible sur la figure 4 ; on remarquera que chaque étui est appuyé contre un étui voisin, de façon que deux flancs forment ensemble une aube unique 14. Dans cet exemple, les différentes parties du manchon extérieur ont été laisées en place, et elles constituent ensemble un manchon exté-25 rieur continu, désigné par la référence 31 . Les parties des étuis constituant le manchon intérieur sont réunies en 32 au disque 16, au moyen d'une résine adhé-sive. On remarquera que lorsque l'on désire fabriquer une rangée d'aubes statori— ques, il n'est pas nécessaire de coller les étuis en 32, mais on peut être obligé, 30 au contraire, de coller, par exemple, les parties 31 à l'enveloppe du réacteur. La partie supérieure de la figure 5 montre une manière légèrement différente d'utiliser les étuis 30. Dans ce cas, on découpe les parties constituant le man.-chon extérieur, et on conserve le reste des étuis ayant la forme d'un U rectangulaire. Ces dernières pièces peuvent avoir la même utilisation que celle 6902459 * i > ) ' 1 } ~ j i u A. visible sur la figure 2 ; en variante, elles peuvent être simplement collées en 33, au disque 16. On remarquera encore que les fibres qui forment les aubes 14 sont mises sous tension sous l'effet de la force centrifuge, dans la direction de plus forte résistance de la matière de renforcement. 5 Bien qu'on ne l'ait pas représenté, on pourrait, bien entendu, couper les parties des étuis 30 qui constituent le manchon intérieur ; ceci pourrait être nécessaire si on se proposait de fabriquer des aubes statoriques laissées libres à leurs extrémités intérieures ; dans ce cas, les parties 31 du manchon extérieur pourraient être collées à l'enveloppe du réacteur. 10 Dans les exemples qui précèdent, on a utilisé une matière à base de résine, renforcée par des fibres de carbone. Il est possible, bien entendu, de se servir, en variante, d'autres types de matières contenant des fibres ; ainsi, on pourrait employer des fibres de carbone noyées dans d'autres matières servant de matrice, comme une matrice en nickel, qui se révélerait utiles pour supporter de hautes 15 températures. En variante, des fibres en matières différentes, telles que le bore ou la silice, peuvent servir avec d'autres matières servant de matrice, telles que l'aluminium. On notera aussi que, alors que chaque réalisation représentée et décrite comprend un flanc compléta chacune des branches de la pièce en U, il serait 20 possible de prévoir simplement une fraction de ce flanc sur une branche, le reste du flanc se trouvant sur }abranche de la pièce immédiatement voisine, qui vient s'appuyer contre elle. Les exemples qui précèdent concernent des aubes creuses ; il est évident que l'invention permet de les fabriquer de façon relativement aisée. Les avantages 25 de ces aubes sont bien connus. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux termes de la description qui précède, mais elle en comprend, au contraire, toutes les variantes à,la portée d'un homme de métier. O902459 6 2001523 Revendications I .Procédé de fabrication d'aubes rotoriques ou statoriques pour compresseur ou pour turbine, caractérisé en ce qu'on forme une pluralité de pièces, à partir d'une matière renforcée par des fibres, chaque pièce comprenant au moins une partie d'un flanc aérodynamique d'une aube, une partie intermédiaire de liaison et, au moins, une partie d'un flanc aérodynamique opposé d'une setonde aube, ces pièces étant fixées ensemble de façon annulaire, de manière que chacune des parties d'un flanc soit appuyée contre une partie correspondante de la pièce immédiatement voisine, afin de constituer une aube complète. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la majorité au moins des fibres de renforcement des pièces, est disposée dans les flancs des aubes, pour s'allonger dans une direction qui est substantiellement radiale par rapporta l'ensemble des aubes placées annulairement. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on fabrique chaque pièce en pppliquant une technique d'enroulement d'un filament. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la technique d'enroulement d'un filament consiste à enrouler sur une forme, une fibre, ou une pluralité de fibres, recouverte d'une matière jouont le rôle de matrice, cette forme ayant le profil de l'intervalle désiré entre les aubes disposées annulairement, de façon que l'on obtienne, à partir de la matrice renforcée par les fibres, une partie d'un flanc concave, une partie d'un flanc convexe d'une aube, et des parties de manchons de liaison, intérieur et extérieur. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on colle ensemble les pièces obtenues, afin d'obtenir des aubes disposées annulairement. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on élimine l'un des manchons intérieur et extérieur afin d'obtenir des aubes disposées annulairement, et laissées libres à une extrémité. 7; Pièce obtenue par application du procédé de l'invention, destinée à faire partie d'un ensemble d'aubes disposées annulairement, caractérisée en ce qu'elle est constituée d'une matière renforcée par des fibres, et qu'elle présente au moins une partie d'un flanc aérodynamique d'une aube, une partie intermé diaire de liaison, et au moins une partie d'un flanc aérodynamique opposé d'une seconde aube, telle que lorsque plusieurs de ces pièces sont disposées annulairement, et fixées ensemble, chacune des parties d'un flanc d'une aube est appliquée contre une partie correspondante de la pièce immédiatement voisine, pour 6902459 7 2001523 constituer avec elle une aube complète. 8. Ensemble d'aubes obtenu par la mise en oeuvre du procédé des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que chaque pièce est fixée à un disque par une clavette s'étendant à travers la partie intermédiaire de liaison, cette clavette 5 étant retenue sur le disque par sa coopération avec des parties prolongées de ce dernier. 9. Ensemble d'aubes selon la revendication 8, caractérisé en ce que les parties prolongées sont des bords circonférentiels d'une pdire de disques, les clavettes étant maintenues par une goupille axiale qui prend appui contre les 10 faces intérieures des bords, dans le sens radial. 10. Ensemble d'aubes obtenu selon la mise en oeuvre du procédé des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que chaque pièce est fixée à un disque et/ou aux pièces adjacentes, par collage. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé 15 en ce que les fibres sont des fibres de carbone. 12. Moteur â turbine à gaz caractérisé en ce qu'il comprend des aubes disposées annulairement, réalisées par la mise en oeuvre du procédé des revendications 1 à 6.