Brevet FR2514072A1 — publié le 19830408

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une aube pour moteur de turbine à gaz. On connait de telles aubes qui comprennent un corps à profil aérodynamique comportant une portion, connue sous le nom de "bord de fuite", dans laquelle l'épaisseur du corps est progressivement réduite jusqu'à une extrémité aval libre Il est également connu de refroidir le bord de fuite par de l'air passant d'une cavité ménagée dans le corps à travers des trous qui traversent le bord de fuite et débouchent à ladite extrémité. Une telle disposition limite la possibilité de réduire la largeur de l'extrémité du bord de fuite autant que peuvent l'exiger des raisons aérodynamiques D'un autre côté, cette disposition renforce la nécessité pour lesdits trous de présenter un grand rapport longueur sur diamètre La raison en est que, pour une dimension donnée de la cavité, si l'épaisseur moyenne du bord de fuite doit être réduite, la cavité doit être située plus loin de l'extrémité libre Ceci exige à son tour que les trous soient plus profonds et entraîne les difficultés de fabrication liées au perçage de trous profonds de faible diamètre. Selon l'invention, le procédé de fabrication d'une aube pour moteur à turbine à gaz, qui comprend un corps de section aérodynamique avec une cavité internes comprend les étapes suivantes: a) produire à l'extrémité de fuite du corps une rainure Vant des parois latérales qui s'étendent suivant la longueur de ladite extrémité, et une paroi de fond qui définit une cloison entre la rainure et la cavité, et b) produire des trous dans cette paroi de fond pour relier la cavité et la rainure. Le procédé peut comprendre l'étape consistant à repousser les parois l'une vers l'autre, de façon à produire à l'extrémité libre des parois une fente ayant une largeur moindre que la largeur originelle de la rainure. L'invention permet de positionner la cavité relativement loin de l'extrémité du bord de fuite, sans que ceci entraîne des trous de profondeur indue L'invention permet également d'avoir une extrémité de bord de fuite plus étroite que dans le cas o les trous débouchent à cette extrémité. L'invention va être maintenant décrite en détail à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés. La figure 1 est une vue perspective d'une aube de rotor de turbine pour moteur à turbine à gaz, Les figures 2 à 4 sont des coupes transversales à travers l'aube de la figure 1 à différents stades de fabrication, les figures 3 et 4 étant des fragments représentés à plus grande échelle, -2 22514072 La figure 5 est une vue en élévation correspondant à la figure 3. En se reportant à la figure 1, on voit que l'aube comprend une racine 18 en sapin, une plateforme 19 et un corps 20 à profil aérodynamique et qui comprend un bord de fuite 23 dont la forme désirée ou finale est représentée en traits pleins On a pratiqué un arrachement dans le corps pour montrer une cavité 21 et une fente 22 pratiquée dans l'extrémité libre 23 a du bord de fuite pour l'échappement de l'air de refroidissement provenant de la cavité 21 pour refroidir le bord de fuite L'air de refroidissement est amené à la cavité par des moyens non représentés, mais qui sont en eux- mêmes bien connus et qui comprennent normalement des canaux traversant la racine de l'aube et communiquant avec une source d'air à haute pression. Pour assurer le profil aérodynamique de l'aube, le bord de fuite doit être effilé et mince, l'extrémité 23 a ayant une largeur W (fig 4) qui doit être aussi faible que le permettent des considérations pratiques, telles que la résistance mécanique. Comme le montrent les figures 2 à 5, l'aube est d'abord moulée sous forme d'ébauche 17 a (fig 2) un noyau étant prévu dans le moule pour former la cavité 21 Le moule pour l'ébauche est conformé de façon à produire une section aérodynamique pour le corps 20 ayant sensiblement la forme désirée, mais à produire un bord de fuite 23 X dont la largeur WX est sensiblement supérieure à la largeur W. L'ébauche 17 a est alors prise dans un mohtage et on produit dans le bord de fuite une rainure 24 (fig 3 et 5) Un certain nombre de procédés sont disponibles pour produire la rainure 24, mais il est préféré de la produire par usinage par décharge électrique On voit sur les figures 3 et 5 que la rainure est relativement large et par conséquentrelativement facile à produire, et qu'il reste deux minces parois latérales 24 a, 24 b divergeant l'une de l'autre à la façon d'une queue d'aronde La rainure est disposée de façon que sa paroi de fond, désignée par 25, forme une cloison entre la rainure et la cavité 21. Dans une troisième étape de la fabrication, des trous 26 sont percés à travers la paroi 25 pour relier la rainure 24 et la cavité 21 Ces trous s'étendent suivant la ligne de cambrure C de la section de l'aube, et l'accès à la paroi 25 pour l'opération de perçage est facilité par la rainure 24 o Les trous sont de préférence percés par usinage par décharge électrique, bien qu'il y ait manifestement une série d'autres procédés disponibles. A un quatrième stade de la fabricationles parois divergentes 24 a, 24 b sont déformées et repoussées l'une vers l'autre, par exemple à la presses pour refermer la rainure 24 de façon que les extrémités des parois forment 3 25 14072 - entre elles la fente 22 Les dimensions de l'ébauche 17 a et de la rainure 24 sont choisies de sorte qu'après cette déformation le bord de fuite 23 ait sensiblement la forme voulue. L'opération de pressage est exécutée au moyen d'une paire d'outils de presse 29, 30 Dans un exemple de réalisation, une aube en alliage à base de nickel connu sous la désignation IN 100 a pû subir la déformation voulue à la température ambiante Toutefois, si nécessaire, l'ébauche peut être chauffée à la température appropriée pour faciliter la déformation. De préférence la rainure est dimensionnée de telle sorte que les parois 24 a, 24 b sont effilées et que, lorsque les outils 29, 30 sont appliqués, les parois fléchissent de telle façon que la forme extérieure correcte de l'aube est obtenue Toutefois une plaque de calibrage 28 (fig 4) est introduite pour contrôler la dimension de la fente 22. On notera que des dispositions spéciales doivent être prises aux extrémités de la fente 22 A cet effet, comme le montre la figure 5, la portion terminale 31 de la rainure 24, adjacente à la plateforme 19, présente une largeur progressivement réduite et se termine à une distance D de la plateforme quelque peu inférieure à une distance E à laquelle une nervure de raccord 32, prévue entre le corps 20 et la plateforme 19, rejoint le corps. La forme finale du bord de fuite 23 est représentée en tirets. Comme le montre aussi la figure 5, à la pointe de l'aube, l'ébauche et la rainure-ont des portions 33 et 34 respectivement qui ont une largeur progressivement réduite pour faciliter l'obtention de la forme finale représentée en tirets. Il peut être nécessaire de terminer la fabrication de l'aube de différentes façons Ainsi il serait probablement nécessaire de fermer la pointe de l'aube par un chapeau 36 (fig 1) brasé ou soudé, et la surface aérodynamique elle-même peut exiger encore une finition De même la racine 12 devra sans doute être usinée à ses dimensions finales et des canaux pour l'air de refroidissement devront être percés dans cette racine. Ainsi l'aube finale est produite avec une fente étroite dans un mince bord de fuite sans qu'on ait à exécuter le difficile usinage dela fente très étroite 22 En outre les trous 26 de faible diamètre sont percés à travers une pièce assez courte de matériau solide, et à partir d'une position commode de départ proche de la paroi 25, de sorte qu'ils peuvent être positionnés-avec précision pour rendre minimales toutes les concentrations de contraintes causées par une position imprécise des trous. Il faut également noter que le procédé selon l'invention peut aussi- bien s'appliquer à une aube forgée Dans ce cas l'ébauche serait forgée de façon classique à la section de la figure 2, la cavité 21 étant obtenue par 4 25 14072 usinage électrochimique par exemple 7 et les étapes décrites plus haut seraient appliquées à l'ébauche forgée. On comprend aussi que, bien que décrite en référence à une aube de rotor, l'invention est applicable à la fabrication de toute aube de rotor ou de stator exigeant un bord de fuite fendu pour n'importe quelle raison (par exemples refroidissement ou contrôle de la couche limite). Il a été trouvé qu'avec une aube fabriquée -selon le procédé conforme à l'invention, la largeur W de l'extrémité terminée du bord de fuite peut être plus faible que la largeur correspondante d'une aube dans laquelle des trous de refroidissement sont prolongés jusqu'à cette extrémité De plus la paroi 24 a du côté concave ou plus chaud de l'aube peut être rendue plus courte que la paroi 24 b, comme représenté en 24 e (fig 4) Ceci améliore encore la largeur effective W et la tenue thermique de la paroi 24 a. Le repoussage l'une vers l'autre des parois 24 a, 24 b de la rainure est souhaitable non seulement pour permettre de commencer la fabrication avec une rainure assez large pour donner accès au perçage des trous, mais aussi pour assurer que la section de débit de la fente 22 n'est pas supérieure à la section de débit combinée des trous La considération de section est nécessaire pour garantir que les débits destrous individuels forment un courant commun en sortant de la fente 22, et que l'air est à nouveau accéléré après la diffusion qui se produit inévitablement à la sortie des trous. La profondeur de la rainure 24 et la divergence des surfaces en regard des parois 24 a, 24 b, dépendent de la distance entre la cavité 21 et l'extrémité du bord de fuite Normalement la profondeur de la rainure ne dépasse pas ce qui est nécessaire pour réduire tout problème dans le percage de trous d'une longueur relativement grande La largeur de la rainure est choisie pour donner accès à l'outil de perçage Dans certains cas il peut suffire que les surfaces en regard des parois 24 a, 24 b, soient parallèles plutôt que divergentes, comme le montre une rainure 27 (fig 3) Il peut alors être possible de ne pas repousser les parois l'une vers l'autre, spécialement si l'une des parois est ius courte que l'autre, comme mentionné plus haut, et si le flux à travers les trous a une vitesse élevée, comparée au flux des gaz sur l'extérieur de l'aube Quand ces surfaces en regard sont parallèles la largeur WOX de l'ébauche 17 a (fig 2) est bien entendu convenablement réduite par rapport au cas o ces surfaces en regard sont divergentes. 25 14072 REVENDI CATI ONS 1. Procédé de fabrication d'une aube pour moteur à turbine à gaz, comprenant un corps à profil aérodynamique qui présente une cavité interne, caractérisé en oe qu'il comprend les étapes suivantes: a) former à l'extrémité de fuite du corps une rainure ayant des parois latérales qui s'étendent suivant la longueur de ladite extrémité, et une paroi de fond qui définit une cloison entre la rainure et la cavité, et b) percer des trous dans ladite paroi de fond pour relier la cavité à la rainure. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape de repousser les parois latérales de la rainure l'une vers l'autre de façon à former à ladite extrémité une fente dont la largeur est inférieure à la largeur originelle de la rainure. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on forme la rainure de sorte que les surfaces en regard desdites parois latérale divergent depuis ladite paroi de fond jusqu'à ladite extrémité, et en ce qu' on repousse ensuite les parois l'une vers l'autre pour former à ladite extré- mité une fente dont la largeur est moindre que la largeur originelle de la rainure à ladite extrémité. 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces en regard desdites parois latérales sont parallèles entre ladite paroi de fond et ladite extrémité. 5. Aube pour moteur à turbine à gaz, caractériséen ce qu'elle est obtenue par le procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4.