Brevet FR2404102A1 — publié le 19790420

L'invention est relative aux turbomachines axiales, notamment aux compresseurs axiaux pour turboréacteurs. Elle concerne plus particulièrement, dans de telles turbomachines, les couronnes ou grilles d'aubage fixe destinées à former à la sortie de chaque section d'aubage rotorique une section de veine annulaire de passage de fluide autour dtun élément de moyeu de rotor. Elle concerne aussi un procédé d'exécution de couronnes ou grilles d'aubage fixe conformes à l'invention. I1 est connu de constituer une couronne ou grille d'aubage fixe du genre précité au moyen d'un anneau, chemise ou frette externe délimitant la section de veine annulaire de passage de fluide autour dudit élément de moyeu, d'un anneau, virole ou frette interne entourant à faible distance ledit élément de moyeu et d'aubes rayonnantes dont les extrémités externes sont liées à l'anneau externe et dont les extrémités internes sont liées à l'anneau interne. I1 est en outre connu - de fixer sur la paroi interne de l'anneau interne, ctest-à-2-re sur la paroi regardant l'élément du moyeu, une couche =e azeriaj consommable par abrasion, ci-après désigné par le terme "abradable", destinée à coopérer avec des léchettes solidaires dudit élément de moyeu pour constituer un joint à labyrinthe dont elle forme la partie fixe, - de ménager, dans au moins l'un des anneaux, des perforations acceptant les extrémités d'aubes qui lui sont liées, lesdites extrémités étant solidarisées audit anneau par soudage, brasage ou collage. On précise que l'on entend ici par "perforations" des ouvertures traversant les anneaux de part en part. L'invention est fondée sur la constatation faite par les inventeurs, que le matériau abradable, dont la composition doit etre telle qu'elle lui permette, entre autres caractéristiques, d'adhérer au matériau de l'anneau interne, peut jouer le rôle d'adhésif de liaison entre ledit matériau et le matériau des aubes fixes ou d'au moins leurs extrémités internes. La couronne d'aubage fixe de l'invention qui comporte les dispositions précitées de l'art antérieur, est caractérisée en ce que la couche de matériau abradable disposée contre la paroi interne de l'anneau interne est en contact avec les parties d'extrémités internes des aubes fixes qui débouchent dans ladite paroi interne par les perforations dudit anneau et joue ainsi, outre le rôle de partie fixe du joint à labyrinthe, le rôle d'adhésif de liaison entre ladite paroi interne et lesdites parties d'extrémités internes. I1 en résulte, ainsi qu'on le montrera dans la suite de la présente description, que ladite couronne d'aubage fixe est plus simple et plus légère que les couronnes d'aubage fixe de l'art antérieur et que sa réalisation est plus facile, plus rapide et plus économique, sans aucun sacrifice en ce qui concerne la précision dimensionnelle et la rigidité. Les aubes fixes assurent, outre leur fonction aérodynamique,une fonction géométrique et mécanique en entretoisant l'anneau externe et l'anneau interne et en supportant celui-ci. Avantageusement, l'invention prévoit que l'extrémité interne de chaque aube fixe traversant l'anneau interne est une languette plus etroite que le corps de l'aube, celui-ci venant buter par conséquent sur la paroi externe dudit anneau. Cette disposition permet d'assurer un positionnement relatif précis des deux anneaux lors du montage et d'éviter leurs déformations au cours de l'assemblage. Avantageusement, en outre, chaque languette a une longueur telle qu'elle dépasse de la paroi interne de l'anneau interne ; la partie dépassante est noyée dans le matériau abradable, ce qui accroît d'autant la surface et partant la solidité de la liaison. Pour faciliter la mise en place du matériau abradable, il est avantageux que la paroi interne de l'anneau interne acceptant le matériau abradable ait une section axiale courante concave, l'an- neau ayant par exemple une section en U dont les extrémités des ailes regardent ltélément de moyeu.Quant au procédé de l'invention, il comporte au moins les phases suivantes - présentation de l'anneau interne perforé dans l'anneau externe perforé - montage de chaque aube dans les deux anneaux par coulissement dans la perforation correspondante de l'anneau externe puis dans la perforation correspondante de l'anneau interne - liaison de chaque extrémité externe d'aube à l'anneau externe, avantageusement par soudure - mise en place du matériau abradable à l'état pâteux contre la paroi interne de l'anneau interne - durcissement du matériau abradable. D'autres dispositions et avantages de l'invention seront évoqués dans la description qui suit d'un exemple de réalisation d'une couronne d'aubage fixe selon l'invention et d'un exemple de mise en oeuvre du procédé afférent, en référence à la figure annexée qui est une section fragmentaire axiale d'un compresseur d'air à flux axial incluant ladite couronne. La figure 1 montre, d'amont en aval, un fragment d'une aube mobile 10 d'une première grille de rotor et un fragment d'une aube mobile 20 d'une deuxième grille de rotor. Entre l'aube 10 et l'aube 20, on voit une aube fixe 30 d'une couronne d'aubage statorique. Elle est supportée, de même que les autres aubes fixes de la même couronne, par un anneau ou frette externe 40. L'anneau 40 s'engage par son extrémité aval 41 dans le tronçon amont 51 d'un autre anneau externe 50 supportant la couronne d'aubage statorique suivante, qui n' est pas représentée. Les anneaux externes 40 et 50 sont liés entre eux au moyen. de brides non représentées. Les ailettes mobiles 10 et 20 sont engagées par leurs talons dans le tambour de rotor, non représenté, et fixes à celui-ci par des moyens non représentés. Chaque aube fixe telle que 30 est engagée par son extrémité externe 31 dans une perforation 42; de forme et de dimensions convenables, ménagée dans l'anneau externe 40. La liaison entre chaque aube 30 et l'anneau 40 est avantageusement assurée au moyen d'un cordon 43 de brasure ou de soudure sur lequel on donnera plus loin quelques indications. L'extrémité interne de l'aube 30 s'engage par une languette terminale 32 dans une ouverture 71, de forme et de dimensions convenables, ménagée dans un anneau interne 70 à section en U dont les ailes 72 sont rabattues en direction de l'anneau 60. La languette 32 dépasse de la base 73 de l'U mais demeure en deçà des bords des ailes 72. L'anneau 70 bute contre deux plats 33 qui terminent le corps 34 de l'aube de part et d'autre de la languette 32.L'intérieur de l1U 70 est empli d'une couche 74 de matériau abradable qui scelle la languette 32 dans l'anneau 70 tout en coopérant avec des léchettes 63 portées par le rotor pour éviter le retour du fluide comprimé d'aval en amont.Plus précisément, les léchettes 63 en rotation creusent des empreintes circulaires dans la couche abradable 74 en formant ainsi un joint d'étanchéité à labyrinthe. L'assemblage de la couronne d'aubage constituée par les anneaux 40, 70 et les aubes 30 est réalisé comme suit. Les anneaux 40 et 70 étant maintenus concentriques par un montage approprié, on introduit une à une les aubes 30 dans les ouvertures 42 correspondantes de l'anneau externe 40 en engageant les languettes 32 dans les ouvertures 71 correspondantes de l'anneau 70. Les plats 33 de chaque aube 30 butent cotre l'amie 73 de l'U et chaque extrémité externe 31 se trouve ainsi placée en position correcte d'assemblage dans l'ouverture 42 correspondante. On brase ou l'on soude les extrémités 31 (cordon 43).La couronne d'aubage ainsi constituée étant libérée du montage, c'est maintenant l'anneau interne 70 qui se trouve maintenu et centré dans l'anneau 40 au moyen des aubes 30 qui jouent le roule d'entretoises. On procède alors au remplissage de la concavité de l'anneau 70 par le matériau 74 à l'état pateux et l'on arase la couche de remplissage au niveau des extrémités des ailes 72, on notera que cette dernière opération pourrait être effectuéeaprès solidification du matériau 74. Après solidification du matériau 74, chaque languette 32 se trouve donc scellée dans l'anneau 70. Il importe de préciser ici les rôles mécaniques des deux liaisons réalisées. Le brasage ou le soudage par le cordon 43 suffit à maintenir en fonctionnement un positionnement précis de chaque aube -30 par rapport à l'anneau externe 40, les sollicitations appliquées aux aubes fixes résultant seulement des pressions dynamiques bu fluide et des déformations différentielles des anneaux dues à l'échauffement en service. Le scellement des languettes 32 dans le matériau abradable 74 assure quant à lui la fixation de l'anneau 70 tout en amortissant les vibrations des aubes. En outre, les languettes 32 et les plats 33 imposent un centrage correct de l'anneau 70 dans l'anneau 40. On voit dans la figure 1 que l'extrémité externe 31 des aubes 30 est un talon relativement épais et de section plus grande que le corps de l'aube. Cette disposition apporte plusieurs avantages : l'insertion des aubes dans les perforations des anneaux est facilitée, la surface de contact avec la paroi des ouvertures 42 est accrue ainsi que la résistance des cordons 43 et l'inertie calorifique de la masse des talons 31 amortit les gradients de température lors du montage. On peut évidemment concevoir, -sans déborder du cadre de l'invention, d'autres moyens de fixation des aubes 30 à l'anneau 40, par exemple le collage ou le vissage, Maist lorsque ces aubes et cet anneau sont métalliques, le brasage et surtout le soudage sont les solutions les plus rapides et les plus légères. Le soudage par bombardement électronique est à recommander, particulièrement lorsque les aubes 30 et l'anneau 40 sont en titane ou en alliage de titane. L'apport calorifique est faible du fait de la rapidité de l'opération et les déformations pratiquement nulles. Le brasage peut être utilisé, par exemple le brasage à l'argent, mais il risque de provoquer, en raison de la température élevée de brasage des alliages de titane et de la durée du chauffage, des déformations ainsi que des dégradations de la microstructure. Le soudage par bombardement électronique facilite en outre les changements d'aubes lors des opérations de réparation. On peut en effet effectuer le dessoudage d'une aube détériorée puis le soudage d'une nouvelle aube par le même moyen, sans avoir à placer la couronne dans un four. L'extraction de la languette 32 de l'anneau 70 ne pose pas de problème. I1 suffit de chauffer localement l'an- neau à une température supérieure au point de ramollissement du ma tériau abradable. En ce qui concerne ledit matériau, il existe plusieurs compositions connues qui peuvent donner satisfaction. Les qualités à exiger résultent du double rôle de liant et de joint d'étanchéité que doit jouer la couche abradable 74. Les meilleures compositions sont constituées par un mélange d'un adhésif moulable et d'une charge répartie à l'état pulvérulent ou quasi pulvérulent. Le liant est de préférence une résine durcissable par polymérisation, telle qu'une résine époxyde, phénolique ou polyimide. La charge répartie peut être constituée par de la poudre de talc ou encore par des microbilles de verre ou de résine phénolique. REVENDICATIONS 1. Couronne d'aubage fixe pour stator de turbomachine axiale, destinée à former à la sortie d'une section de rotor une section de veine annulaire de passage de fluide autour d'un élément de moyeu dudit rotor et comportant un premier anneau dit anneau interne destiné à entourer ledit élément de moyeu et dont la paroi interne, c'est-à-dire la paroi regardant ledit élément de moyeu, porte des moyens destinés à coopérer avec des léchettes circulaires portées par celui-ci pour former un joint à labyrinthe, un deuxième anneau dit anneau externe, concentrique au premier et destiné à constituer la paroi externe de ladite section de veine, une pluralité d'aubes fixes rayonnantes, une extrémité de chaque aube fixe, dite extrémité externe, étant liée à l'anneau externe par des moyens connus, l'autre extrémité de chaque aube fixe, dite extrémité interne, étant liée à l'anneau interne, ladite couronne étant caractérisée en ce que, l'anneau interne présentant une pluralité de perforations dont chacune reçoit une extrémité interne d'aube fixe, ladite paroi interne de l'anneau interne porte une cou- che d'un matériau abradable réalisant la liaison des extrémités internes des aubes fixes à ladite paroi interne et constituant en outre les moyens destinés à coopérer avec les léchettes circulaires de l'élément de moyeu. 2. Couronne d'aubage fixe selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'extrémité interne dechaque aube fixe est une languette traversant la perforation correspondante de l'anneau interne qui est plus étroite que le corps de l'aube, celui-ci butant sur la paroi externe dudit anneau. 3. Couronne d'aubage fixe selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que l'extrémité interne de chaque aube fixe dépasse de la paroi interne dudit anneau interne par une partie d'extrémité noyée dans le matériau abradable. 4. Couronne d'aubage fixe selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la paroi interne de l'anneau interne a une section axiale courante concave. 5. Couronne d'aubage fixe selon la revendication 4, caractérisée en ce que la section axiale courante de l'anneau interne est un U dont les extrémités d'ailes regardent l'élément de moyeu. 6. Couronne d'aubage fixe selon la revendication 5, carac térisée en ce que la couche de matériau abradable vient à fleur desdites extrémités d'ailes. 7. Couronne d'aubage fixe selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le matériau abradable est constitué par la dispersion d'une charge dans un liant. 3. Couronne d'aubage fixe selon la revendication 7, caractérisée en ce que le liant est une résine durcissable par polymérisation. 9. Couronne d'aubage fixe selon la revendication 9; caractérisée en ce que la résine est choisie dans le groupe des époxydes des polyimides et des phénoliques. 10. Couronne d'aubage fixe selon l'une quelconque des revendications 7 à 9 > caractérisée en ce que la charge est constituée par du talc. 11. Couronne d'aubage fixe selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisée en ce que la charge est constituée par des microbilles. 12. Couronne d'aubage fixe selon la revendication 11, caractérisée en ce que le matériau des microbilles est choisi dans le groupe des verres et des résines phénoliques. 13. Couronne d'aubage fixe selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que l'extrémité externe de chaque aube fixe s engage dans une perforation ménagée dans l'anneau externe. 14. Couronne d'aubage fixe selon la revendication 13, caractérisée en ce que la section de ladite extrémité externe est plus grande que la section du corps de l'aube. 15. Couronne d'aubage fixe selonla revendication 13 ou la revendicat-ion 14, caractérisée en ce que, l'anneau externe et les aubes étant métalliques, la liaison de chaque aube et de l'anneau externe est une liaison par soudage ou brasage de ladite extrémité externe à la paroi de ladite perforation. 16. Couronne d'aubage fixe selon la revendication 15, caractérisée en ce que l'anneau externe et les aubes fixes sont en titane ou en alliage de titane. 17. Procédé pour la réalisation d'une couronne d'aubage fixe selon l'une quelconque des revendications 13 à 16, caractérisée en ce qu'il comporte au moins les phases suivantes - présentation de l'anneau interne perforé dans l'anneau externe perforé - montage de chaque aube dans les deux anneaux par coulissement dans la perforation correspondante de l'anneau externe puis dans la perforation correspondante de l'anneau interne - liaison de chaque extrémité externe d'aube à l'anneau externe - mise en place du matériau abradable à l'état pâteux contre la paroi interne de l'anneau interne - durcissement du matériau abradable. 15. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que, la couronne d'aubage fixe à réaliser étant conforma à la revendication 16, la liaison de chaque extrémité externe d'aube à l'anneau externe est réalisée par soudage par bombardement électronique. 19. Procédé selon la revendication 17 ou la revendication 18, caractérisé en ce que, la couronne daubage fixe à réaliser étant conforme à la revendication 8 ou à la revendication 9, le durcissement du matériau abradable est réalisé par un traitement de polymérisation du liant. 20. Turbomachine axiale, notamment compresseur axial de turboréacteur, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une couronne d'aubage fixe de stator conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 16. 21 . Turbomachine axiale, notamment compresseur axial de turboréacteur, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une couronne d'aubage fixe de stator réalisée par un procédé conforme à l'une quelconque des revendications 17 à 19.