Brevet FR2309707A1 — publié le 19761126

L'invention concerne un rotor -de turbine, coulé d'une seule pièce avec son disque de moyeu et ses aubes. Les rotors de turbine venus de fonderie sont habituellement coulés statiquement sous vide par le procédé à la cire perdue Cnwme les aubes et le disque de moyeu, au cours du fonctionnement de la turbine à gaz, s'échauffent de façons très différentes, et que le pied des aubes est soumis aux -ntraintes de traction et de flexion les plus élevées, or pour la coulée de ces rotors, un matériau résistant à de hautes températures, adapté aux contraintes des aubes de turbine.De tel rotors remplissent certes les spécifications techniques qui leur sont imposées, mais sont d'un prix très élevé, car le saté- riau utilisé pour le disque de moyeu est surdirensionné pour des raisons thermiques et ne présente pas, pour les basses tei- pératures, la résistance optimale possible, si bien qu'il en résulte un renchérissement du devis matière pour assurer la résistance à haute température. Le but de la présente invention est d'éviter ces inconvénients et de créer un rotor de turbine satisfaisant à toutes les exigences mécaniques et thermiques et dont le prix de fabrication soit en outre avantageux. A cet effet, l'invention concerne un rotor caractérisé en ce que la zone des aubes est constituée d'un matériau de résistance élevée â haute tempéra- ture, tandis que le disque de moyeu est constitué d'une autre matériau de résistance élevée à basse température. Le matériau-pour le moyeu peut alors autre choisi de façon à présenter, pour les tempé- ratures à prendre en considération pour le moyeu et qui sont notablement plus basses que celles des aubes soumises à l'action des gaz chauds, une résistance élevée pernettant d'encaisser les efforts mécaniques, tandis qu'une résistance élevée à haute température n'est pas ne'cessaire. Au contraire, les aubes sont réalisées en un matériau présentant encore une résistance élevée à haute température. Pour la fabrication d'un tel rotor, la présente invention prévoit un procédé caractérisé en ce que l'on met en rotation , éventuellement sous vide, un moule, présentant une symétrie de révolution, obtenu de préférence par le procédé à la cire perdue et moulé rotatif coaxialement à l'axe du rotor, de préférence autour d'un axe vertical, puis, par un entonnoir de coulée coaxial à cet axe de rotation, on coule successivement un matériau de résistance élevé à haute température, puis un matériau de résistance élevée à basse température. Le matériau coulé en premier lieu dans le moule est alors, sous l'effet de la force centrifuge forcé dans les alvéoles prévues pour les aubes et les parties voisi des des aubes, et il y demeure jusqutà sa solidification. Lorsqu'une quantité suffisante d'un matériau résistant à haute température a été ainsi introduite, on coule la suite, avec éventuellement un certain décalage dans le temps selon le matériau choisi, un matériau fondu, de résistance élevée à basse température,de sorte que ce dernier matériau se soude à celui des aubes. Selon l'état de solidification du matériau introduit en premier' lieu, il se forme , entre le disque de moyeu et les aubes, une zone de mélange assurant une bonne liaison entre. les deux matériaux. Pour agir sur la résistance des deux.atériaux, la vitesse de rotation du moule de coulée peut autre modifiée au cours du processus de coulée et on peut ainsi faire varier la force centrifuge. L'invention va être expliquée plus en détail à l'aide d'un exemple de réalisation représenté sur les dessins ci-joints, dans lesquels - la figure i est une vue en perspec .tive, avec coupe partielle, d'un rotor de turbine dans lequel le disque de moyeu est coulé avec un autre matériau que les aubes. - la figure 2 est la coupe d'un moule permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Le rotor de turbine selon la figure l comporte une zone des aubes, référencée 1, qui comprend les aubes 2 et un anneau 3 dans le voisinage des pieds des aubes. Les aubes et l'anneau sont venus de coulée d'une seule pièce, et sont constitués d'un matériau présentant une résistance élevée, meme pour de hautes températures. A l'intérieur de l'anneau 3, se raccorde un disque de moyeu 4, qui s'épaissit pour former un moyeu, par lequel il est fixé sur un arbre non représenté. Ce disque de moyeu 4 est également venu de coulée, et il est fabriqué à partir d'un matériau présentant une résistance élevée, notamment aux basses températures. Aux températures les plus basses, la résistance du matériau du disque de moyeu est plus élevée que celle du matériau de la zone des aubes. Entre l'anneau 3 et le disque de moyeu 4 se trouve une zone de mélange annulaire dont l'élaboration est décrite dans l'exposé du procédé se référant à la figure 2. Sur la figure 2 , la référence 6 désigne un moule de coulée en forme d'écuelle, fixé en son centre cl7r un arbre 7. Cet arbre 7 est monté rotatif autour d'un axe vertical. Le moule de coulée 6 en forme d'écuelle est rempli d'un matériau de remplissage 8 et contient en son centre, disposée coaxialement sur l'axe de rotation de l'arbre 7, une cavité réalisée par l'intermédiaire d'un modèle en cire > et qui correspond à la forme extérieure du rotor de turbine que l'on souhaite obtenir. Le modèle en cire comporte un revêtement, qui, après fusion de la cire, forme la paroi interne 9 du moule de coulée Au centre du c8té opposé à l'arbre est façonné un entonnoir de coulée 10, par lequel peut autre amené le matériau de coulée.L'ensemble du moule de coulée selon la figure 2 est de préférence, pendant la coulée, placé dans une chambre à vide. Avant le démarrage du processus de coulée le moule de coulée 6 en forme d'écuelle et son contenu sont portés à une certaine vitesse de rotation,déterminée d'après la densité du matériau à couler en premier lieu. Lorsque cette vitesse de rotation est atteinte, on coule, par l'entonnoir de coulée, un matériau qui, après refroidissement, est résistant à haute température. Ce matériau remplit la zone des aubes l et est maintenu dans cette zone par la force centrifuge. Selon le matériau choisi, on laisse tourner le moule de coulée pendant un temps déterminé, pour obtenir une solidification partielle de la zone des aubes . En fonction de la densité du matériau à couler , ce point peut revêtir de l'importance, car autrement le matériau de coulée suivant pourrait pénétrer dans la zone des aubes. On coule ensuite,par l'entonnoir de coulée 10 un matériau liquide, qui remplit l'espace du disque de moyeu 4. Ce dernier matériau est une substance métallique, qui, pour de basses températures à une résistance plus élevée que le matériau coulé en premier lieu. La formation de la zone de mélange 5 existant entre la zone des aubes 1 et le disque de moyeu 4 > résulte de ce que le matériau coulé en premier lieu n'est pas encore complètement refroidi lorsque le matériau du disque de moyeu vient en contact avec lui. L'avantage de cette zone de mélange est de garantir une bonne imbrication et une bonne liaison entre les deux pièces venues de coulée. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à I'exemple de réalisation ci-dessus décrit et représenté, à partir duquel on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour autrant sortir du cadre de l'in- vention. REVENDICATIONS 10/ Rotor de turbine coulé d'une seule pièce avec son disque de moyeu et ses aubes, rotor caractérisé en ce que la zone des aubes (1) est constituée d'un matériau de résistance élevée à haute température, tandis que le disque de moyeu (4) est constitué d'un autre matériau, de résistance élevée à basse température. 20/ Procédé de fabrication d'un rotor de turbine selon la revendication 1, procédé caractérisé en ce que l'on met en rotation, éventuellement sous vide, un moule (6,8,9) présentant une symétrie de révolution, obtenu de préférence par le procédé à la cire perdue, et moule rotatif coaxialement & l'axe dc rotor, de préférence autour d'un axe vertical, puis, par un entonnoir de coulée (10) coaxial à cet axe de rotation, ou coule succes vivement un matériau de résistance élevée haute température, puis un matériau de résistance élevée à basse température. 30/ Procédé selon la revendication 2, caracté- risé en ce qu'on effectue la coulée du matériau du disque de moyeu, (4), avec un temps de retard assez long par rapport à la coulée du matériau de la zone des aubes (1) pour que le matériau coulé en premier lieu soit au moins partiellement ou localement solidifié. 4 / Procédé selon l'une des revendications 2 t 3, caractérisé en ce qu'on coule respectivement les matériaux pour le disque de moyeu (4) et pour la zone des aubes (1) en faisant tourner le moule de coulée (6,8,9) à des vitesses différentes.