Brevet FR2582720A1 — publié le 19861205

PROCEDE DE REALISATION DE PIVOT D'AUBE DE TURBOMACHINE ET AUBE DE STATOR LE COMPORTANT L'invention concerne un procédé de réalisation de pivot de pied d'aubes de turbomachine et notamment d'aubes de stator à calage variable de compresseurs pour turbo- réacteurs d'aviation. La possibilité d'orientation des aubes de stator des différents étages de compresseur est particulièrement nécessaire si l'on désire pour chaque étage du compresseur la plus grande pression possible à un régime donné tout en conservant une marge au pompage suffisante. Pour permettre cette orientation, les aubes comportent généralement un pivot de tête coopérant avec un palier fixé dans le carter du moteur et entraîné par un dispositif de réglage de l'orientation des aubes, tandis que les pieds d'aubes comportent une portée cylindrique qui leur permet de tou- rilloner à l'intérieur d'un palier disposé dans le loge- ment interne d'un anneau intérieur du moteur. De telles aubes à calage variable comportant un pivot de pied cylindrique tourillonnant dans un palier sont divul- guées notamment dans le brevet US 3 990 810 ou dans le brevet français 1 114 241 ainsi que dans la demande de brevet française N 83.19538 du 7 DECEMBRE 1983 au nom de la demanderesse. La réalisation de ces aubes est délicate car celles-ci étant obtenues pour moulage, le moule en est compliqué à réaliser. D'autre part, la portée cylindrique du pied d'aube doit être reprise par tournage pour assurer un usinage correct du pivot de pied, ce qui constitue une contrainte supplémentaire, tant au point de vue de la complexité, que des temps de fabrication ou de son coût. -2- Le procédé selon l'invention a pour but de simplifier la fabrication de l'aube et notamment du pied d'aube en vue d'en diminuer le coût. Un autre but de l'invention est de supprimer des opérations d'usinage du pied d'aubes tournantes à calage variable tout en conservant leur faculté de tourillonner au moyen d'une douille dans un logement de l'anneau intérieur du moteur. Un autre but de l'invention est de simplifier le montage des aubes de stator à calage variable dans leur anneau intérieur, et notamment de faciliter le réglage en hauteur des aubes dans leur logement, tout en minimisant les jeux dûs aux défauts d'usinage ou au montage. L'invention a donc pour objet un procédé de réalisation d'aubes de turbomachines, le pied d'aube devant supporter une douille comportant une portée cylindrique externe pour tourillonner dans l'anneau interne de la turbomachine. Selon l'invention, - on réalise par moulage l'aube comportant un pied d'aube constitué en forme de tenon dont le profil de section est réalisé dans le prolongement du profil de l'aube, - on réalise une douille pleine comportant une portée de tourillonement externe et on la dispose verticalement dans la cuve d'une machine d'usinage par ultra-sons, - on réalise l'alésage interne de la douille par enfon- cement vertical d'un poinçon dont la section est sensi- blement identique à celle du pied d'aube, le poinçon étant soumis à une vibration de fréquence ultra-sonore. Selon des variantes, le poinçon peut être constitué soit par le pied d'aube lui-même, soit par un outil de même profil mais présentant une cote légèrement inférieure à - 3 - celle de l'aube. Des aubes dont le pied est au profil de l'aube ont déja été réalisées ainsi que le révèlent les brevets français 1 445 249 et anglais 807 231 mais il s'agissait dans les deux cas d'aubes de stator fixes, fixées dans des fentes de l'anneau intérieur sans aucun réglage possible de l'o- rientation des aubes du stator et pour lesquelles il ne se posait donc aucun problème de rotation de l'aube autour de son grand axe longitudinal. L'invention a donc également pour objet une aube de stator à calage variable pour turbomachine comportant un pivot en tête et un pivot en pied, le pivot de tête coopérant avec un palier fixé dans le carter du moteur et étant entraîné par un dispositif de réglage de l'orientation des aubes tandis que le pivot de pied supporte une douille apte à tourillonner dans l'anneau intérieur du moteur, aube de stator telle que, selon l'invention, le pivot de pied a une forme en tenon dont la section est réalisée dans le prolongement du profil de l'aube limitée à ses extrémités latérales par deux pans parallèles, et que le pivot de pied est entouré par une douille réalisée par ultra-sons par enfoncement du pied d'aube ou d'un outil équivalent. De façon préférentielle, lorsque l'anneau intérieur du stator est disposé à l'intérieur d'un rail circulaire comportant des moyens d'étanchéité entre stator et rotor, et si le pied d'aube traverse la douille de part en part, le rail comporte sur sa face supérieure un matériau abra- dable apte à compenser les jeux de montage de l'aube munie de sa douille dans l'anneau intérieur et à assurer le réglage en hauteur de l'aube dans l'anneau. D'autres caractéristiques et des détails ainsi que des - 4 - lecture du complément de description qui va suivre donnant un exemple non limitatif de réalisation en relation avec les dessins annexes sur lesquels: - la figure 1 est une coupe axiale d'une partie de compresseur montrant la liaison d'un pivot de pied d'aube de stator à calage variable sur l'anneau intérieur du stator. - La figure 2 montre agrandi, le détail de l'assemblage du pied d'aube selon l'invention dans l'anneau interieur du stator. - Les figures 3 et 4 montrent en perspective le montage du pied d'aube respectivement dans la première et la seconde variante d'une douille selon l'invention - la figure 5 montre en coupe l'assemblage du pied d'aube muni de la seconde variante d'exécution de la douille comportant des moyens de butée de sécurité en cas de rupture de l'un des éléments du dispositif de réglage de l'orientation des aubes. Sur la figure 1 on a représenté en coupe axiale une partie de compresseur d'un moteur aà turbine'à gaz. A l'intérieur du carter 1, un étage de stator sépare deux étages d'aubes mobiles 3 montées sur un rotor en forme de tambour. Le stator est formé d'une couronne d'aubes 2 s'étendant radialement à partir du carter 1 sur lequel elles sont montées à rotation autour de leur axe longitudinal par l'intermédiaire d'un pivot de tête 4 tourillonnant dans un palier du carter 1, avec interposition d'une douille 22. Ce pivot est relié à un mécanisme de commande de calage, non représenté. A leur autre extrémité en se dirigeant vers l'axe du moteur, les aubes comportent un pied 5 - 5 - coopérant avec un alésage d'une douille 6, mobile en rotation dans un alésage radial du secteur d'anneau 7. L'anneau définit par sa face extérieure, la paroi interne de la veine du compresseur, les secteurs le constituant étant réunis par un rail 8 divisé également en secteurs. Les bords du rail 8 sont recourbés en forme de crochets et viennent en prise avec deux brides latérales 9 de l'anneau. Le rail 8 sert de support à un matériau formant garniture d'étanchéité et d'usure 10 qui coopère de façon connue avec les léchettes 11 du joint labyrinthe solidaire du rotor pour limiter les fuites dues à la différence des pressions régnant de part et d'autre de l'étage statorique. Pour réaliser de façon simple la liaison du pied d'aube 5 sur l'anneau 7, on effectue le moulage d'une aube 2 comportant un pied 5 dont le profil est dans le prolon- gement du profil de l'aube et dont les extrémités latérales sont constituées par deux pans parallèles 12. Parallèlement à cette opération, on réalise partiellement la douille destinée à coopérer avec le pied d'aube 5 et l'anneau 7. On en usine les formes externes de façon connue soit en réalisant une simple portée cylindrique, soit dans une variante de réalisation explicitée plus loin, en créant une embase en forme de losange destinée à remplir une fonction de butée de sécurité en cas de rupture du dispositif de réglage de l'orientation des aubes. On dispose ensuite l'ébauche de douille ainsi réalisée verticalement dans la cuve d'une machine d'usinage par ultra-sons et on utilise pour poinçon d'usinage de l'a- lésage de la douille, le pied d'aube lui même, que l'on soumet à une vibration de fréquence ultra-sonore et - 6 - auquel on fait subir une translation verticale d'enfoncement dans la douille. On effectue l'usinage par ultra-sons de la douille 6 jusqu'à ce que l'alésage débouche à la partie inférieure de la douille. De façon préférentielle, on utilise pour la douille 6 un matériau autolubrifiant. Plus particu- lièrement, le matériau choisi pourra être du carbone. En utilisant le pied d'aube lui-même comme poinçon d'usinage de la douille, on réalise un alésage dont les cotes seront légèrement supérieures à celles du pied d'aube, eu égard aux tolérances d'un usinage par ultra- sons entre poinçon et matrice. Si on désire un ajustement plus serré entre pied d'aube et douille lors du montage, on pourra utiliser pour l'usinage de l'alésage de la douille un poinçon de même profil que le pied d'aube à assembler mais de cotes légèrement inférieures. Dans le cas o le matériau choisi pour la douille ne pourrait être usiné par ultra-sons, on pourra effectuer l'usinage de l'alésage par usinage électrochimique ou par électro érosion, ceci sans sortir du cadre de l'invention. Toutefois, pour une douille en carbone, l'usinage par ultra-sons sera préféré en raison de sa rapidité. Ainsi, le temps d'exécution d'un alésage de douille par ultra-sons ne dépasse ordinairement pas une dizaine de secondes. L'application, nouvelle, du procédé, connu en lui-même d'usinage par ultra-sons, pour la réalisation de pieds d'aubes à calage variable constitue un progrès important dans la fabrication d'aubes de turbomachines de ce type puisqu'il permet d'utiliser des aubes brutes de moulage sans aucune opération accessoire d'usinage du pied d'aube pour réaliser avec la douille, un ensemble monté - 7 - à rotation dans l'anneau intérieur du stator, le pivot de pied d'aube étant alors constitu6 du pied d'aube coopérant avec sa douille. L'invention couvre également une telle aube de stator, à -calage variable possédant un pied en forme de tenon réalisé dans le prolongement du profil de l'aube, limité à ses extrémités latérales par deux pans parallèles et coopérant avec une douille dont l'alésage est usiné par ultra-sons selon le procédé décrit plus haut. Une aube de ce genre munie de sa douille est destinée à venir touril- lonner dans un logement formé par une rainure 12 circon- férentielle de l'anneau intérieur 7 du stator, l'anneau étant disposé à l'intérieur d'un rail circulaire 8. Selon une caractéristique de l'invention, si le pied d'aube 5 traverse la douille 6 de part en part,le rail 8 porte sur sa face interne supérieure un matériau abradable 13 destiné à compenser les jeux de fabrication et de montage entre le pied d'aube 5 coopérant avec sa douille 6, d'une part et le rail 8 d'autre part, ces jeux pouvant provenir d'une dispersion des longueurs de pieds d'aube dues à leur tolérance de fabrication, à une dispersion radiale de montage des aubes sur leur dispositif de commande de déplacement angulaire ou encore de défauts de circularité de l'anneau 7 et notamment de ses brides latérales 9. Le matériau abradable 13 permet également, par le calcul adéquat de son épaisseur, d'assurer le réglage en hauteur de l'aube dans l'anneau 7. Dans le cas o le tenon 5 ne traverse pas la douille 6 (variante non représentée), le rattrapage des jeux est effectué ainsi que le prévoit la demande de brevet française N 83.19538 au nom de la demanderesse. On fait comporter à la douille un filetage extérieur coopérant avec un taraudage complémentaire de leur logement dans le secteur d'anneau de sorte que la douille étant en appui contre le bord inférieur de la plate- forme des aubes, un déplacement radial de l'aube est obtenu par rotation de la douille dans son logement. Selon une variante d'exécution de l'invention, la douille 6 peut comporter des moyens de butée empêchant l'aube 2 de se mettre en drapeau, ce qui pourrait entraîner un - 8 - pompage de l'étage tout entier, si un des éléments du dispositif de réglage de l'orientation des aubes venait se rompre. La douille 6 comporte pour ce faire une embase 14 de section plane en forme de losange dont les sommets 15,16 situés sur la petite diagonale du losange sont arrondis. L'anneau 7 comporte-une rainure circonférentielle 17 de largeur légèrement supérieure à la petite diagonale de l'embase 14. En fonctionnement normal, la douille 6 est en appui par ses sommets arrondis 15, 16 sur les faces de la rainure 17. En cas de rupture d'un des éléments de commande de l'orientation de l'aube 2, entraînant la rotation brutale de l'aube et du pivot dans la rainure, cette rotation est arrêtée lorsque les faces 18 ou 19 viennent en appui sur les faces 17 de la rainure. L'orientation de l'alésage de la douille pourra être calculé par rapport à la petite diagonale de l'embase de telle sorte que, même en cas de rupture des éléments de commande, c'est à dire lorsque les faces 18 ou 19 de l'embase sont en appui sur la rainure 17, l'orientation de l'aube reste compatible avec un fonctionnement correct de l'étage statorique. Par sa facilité d'exécution, l'invention permet une sim- plification de la production des aubes à calage variable et de leurs dispositifs de sécurité et donc une diminution notable des durées et des coûts de fabrication, ce qui la rend particulièrement adaptée à la fabrication des aubes de turboréacteurs d'aviation. -2582720 -9- REVENDICATIONS 1- Procédé de réalisation d'aubes de turbomachine, le pied d'aube devant supporter une douille comportant une portée cylindrique externe pour tourillonner dans l'anneau interne de la turbomachine caractérisé en ce que - on réalise par moulage l'aube comportant un pied d'aube (5) constitué en forme de tenon dont le profil de section est réalisé dans le prolongement du profil de l'aube - on réalise une douille (6) pleine comportant une portée cylindrique externe et on la dispose verticalement dans la cuve d'une machine d'usinage par ultra-sons. - on réalise l'alésage interne de la douille (6) par en- foncement vertical d'un poinçon dont la section est sensi- blement identique à celle du pied d'aube, le poinçon étant soumis à une vibration de fréquence ultra-sonore. 2 - Procédé de réalisation selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on utilise pour poinçon d'usinage par ultra-sons de la douille (6), l'aube (2) elle-même, l'alésage interne de la douille étant obtenu par enfon- cement vertical du pied d'aube (5) dans la douille. 3 - Procédé de réalisation selon la revendication 1 caractérisé en ce que on utilise pour poinçon d'usinage un outil dont la section présente une cote légèrement infé- rieure à celle du pied d'aube (5). 4 - Aube de stator à calage variable pour turbomachine, comportant un pivot en tête et en pivot en pied, le pivot de tête coopérant avec un palier fixé dans le carter du moteur et étant entraîné par un dispositif de réglage - 10 - de l'orientation des aubes et le pivot de pied supportant une douille apte à tourillonner dans l'anneau intérieur du moteur caractérisé en ce que le pivot de pied (5) a une forme en tenon de section réalisée dans le prolongement du profil de l'aube (2) limitée à ses extrémités latérales par deux pans parallèles (12) et en ce que le pivot de pied est entouré par une douille (6) réalisée selon le procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 3. - Aube selon la revendication 4 caractérisé en ce que la douille (6) est réalisée en un matériau antifriction. 6 - Aube selon la revendication 5, caractérisée en ce que la douille est réalisée en carbone. 7 - Aube de stator à calage variable muni d'une douille, selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, la douille étant traversée de part en part par le pivot de pied et venant tourillonner dans un logement formé par une rainure circonférentielle formée dans la surface intérieure de l'anneau intérieur (7), l'anneau étant disposé à l'intérieur d'un rail circulaire (8) comportant des moyens d'étanchéité entre stator et rotor, caractérisé en ce que le rail porte un matériau abradable (13) disposé sur sa face supérieure sous la douille (6) et le pied d'aube (5), et apte à compenser les jeux de montage de l'aube munie de sa douille dans l'anneau intérieur et à assurer le réglage en hauteur de l'aube dans l'anneau. 8 - Aube selon l'une quelconque des revendications 4 à 7 caractérisé en ce que la douille comporte une embase (14) en forme de losangeles faces parallèles (18, 19) du losange constituant éléments de butée de sécurité et venant s'appuyer contre les parois (17) du logement de l'anneau en cas de rupture de l'un des éléments du dispo- sitif de réglage de l'orientation des aubes.