Brevet FR2642113A1 — publié le 19900727

Cette invention a trait à une méthode de fabrication d'un ensemble d'aubage fixe de compresseur a ecoulement axial et en particulier à la fabrication d'un tel ensemble composé au moins en partie de matériaux composites. Les températures comparativement basses auxquelles au moins les zones amont des compresseurs de moteur a turbine a gaz sont soumises, ont permis l'utilisation de matériaux composites, par exemple des résines fibres, pour leur réalisation. Toutefois il s'est révélé que, dans certains aubages fixes de compresseur. des ruptures se sont produites dans les parties de la structure soumises a d'importantes contraintes.On pense que ces ruptures ont été induites par un manque de rigidité de la structure ainsi qu'une dépendance vis-à-vis de la résistance au cisaillement des joints adhésifs dans les zones fortement sol I icitees La présente invention a donc pour but de fournir un procédé de fabrication d'aubage fixe de compresseur dont la structure est plus rigide et dans lequel sont évités les joints adhésifs dans les zones les plus critiques de la structure. Selon la présente invention, un procédé de fabrication d'un ensemble d'aubage fixe adapté à un compresseur à écoulement axial présentant plusieurs ailettes profilées s'étendant radialement comprend les etapes suivantes: - fixation, à l'aide de moyens de fixation provisoires, de plusieurs ailettes profilées daubage fixe dans les mêmes positions les unes par rapport aux autres que celles qutelles auraient dans ledit compresseur. chacun des prolongements radialement internes et externes desdites ailettes d'aubage fixe étant de configuration divergente, - moulage d'un matériau composite autour desdits prolongements radialement interne et externe afin de définir un premier élément et un second element, tous deux transverses et arques, reliant les prolongements radialement externes et internes des ailettes d'aubage fixe adjacentes, - assemblage d'un raidisseur sur la surface extérieure dudit élément transverse reliant les prolongements radialement extérieurs desdites ailettes d'aubage fixe, - et retrait desdits moyens de fixation. L'lnventlon va à présent être décrite au moyen d'un exemple en faisant référence aux dessins joints dans lesquels: - la figure 1 est une coupe longitudinale de la moitié supérieure d'un moteur à turbine à gaz avec soufflante a conduits comprenant des parties de compresseur fabriquées selon le procédé de la présente invention, - la figure 2 est une coupe longitudinale dune partie du compresseur à pressions intermédiaires du moteur à turbine à gaz avec soufflante à conduits montré sur la figure 1, - la figure 3 est une vue éclatée d'une partie du compresseur à pressions intermediaires du moteur a turbine a gaz avec soufflante a conduits montre sur la figure 1. Elle illustre le mode de réalisation du compresseur. La figure 1 montre un moteur à turbine à gaz avec soufflante à conduits, portant globalement la référence 10, de realisation conventionnelle. Il comprend, en série dans le sens de lécoulement axial, une soufflante 11 a conduits, un compresseur 12 à pressions intermédiaires, un compresseur 13 à pressions élevées, un système 1 4 de combustion, une turbine 15 a pressions élevées liée au compresseur 13 à pressions élevées pour entraîner ce dernier, une turbine 16 à pressions intermédiaires liée au compresseur 12 à pressions intermédiaires pour entraîner ce dernier. une turbine 17 à faible pression reliée a la soufflante Il à conduits pour entrainer cette dernière, et une tuyère 18 de propulsion. Le moteur 10 fonctionne de façon conventionnelle, la soufflante Il à la fois produisant la poussée et alimentant le compresseur 12 à pressions intermediaires en air comprimé. Le compresseur 12 à pressions intermédiaires poursuit la compression de l'air avant d'en alimenter le compresseur 13 à pressions élevées où il est encore compressé davantage. L'air comprimé est ensuite dirigé vers le système 14 de combustion ou il est mélangé au carburant et brûlé avec lui Les gaz chauds produits se dilatent alors a travers les turbines 19, 16 et 17 à pressions élevées, intermédiaires et basses avant d'être expulsés par la tuyère 18 afin de créer la poussée. La présente invention s'intéresse plus particulierement au procédé de réalisation des parties d'aubage fixe formant le compresseur 12 à pressions intermédiaires dont on peut voir plus clairement les détails sur la figure 2. Le compresseur 12 à pressions intermédiaires comprend des séries d'ailettes 19 profilées d'aubage fixe (stator) et d'aubes 20 de roue mobile (rotor) placées en anneau et de façon alternée. On peut voir deux séries de chaque sur la figure 2. Les ailettes 12 d'aubage fixe et les aubes 20 de roue mobile sont entourées par un carter 21 qui présente une forme generale de tronc de cône, sert a contenir l'air passant, en cours de fonctionnement, dans le compresseur 12 à pressions intermédiaires et en outre supporte la série annulaire d'ailettes 19 d'aubage fixe. Les ensembles d'ailettes 19 d'aubage fixe sont fabriqués par groupes de deux series selon le procede de la présente invention. La façon dont cela est réalisé se comprendra plus aisément en se référant à la figure 3. Au départ un groupe, par exemple 3, d'ailettes 19 d'aubage fixe est enrobé dans un alliage 22 à bas point de fusion (defini par les lignes discontinues de la figure 3) de telle sorte qu'elles sont fixées les unes par rapport aux autres dans les mêmes positions que celles qu'elles auront finalement dans le compresseur 12 à pressions intermédiaires. Toutefois les prolongements radialement internes et externes, 23 et 24 respectivement, portés par chaque ailette 19 d'aubage fixe et présentant une configuration divergente, ne sont pas enrobés et sont au contraire laissés exposés. En outre l'alliage 22 est moulé, lors de l'enrobage, de telle sorte que ses faces résultantes radialement interne et externe, 25 et 26 respectivement, ont une forme arquée. Les ailettes 19 d'aubage fixe sont réalisées en résine fibrée telle qu'une résine époxy vulcanisée renforcée de carbure de silicium. Il est toutefois clair qu'elles pourraient être réalisées a partir d'autres matériaux adaptés incluant des métaux. Les ailettes 19 enrobées sont ensuite usinées de sorte que leurs prolongements 24 et 23 radialement internes et externes soient munis de plusieurs encoches circonférentielles 27 et 28 respectivement Les encoches 27 portees par les prolongements 24 radialement internes ont une section rectangulaire. Toutefois les encoches 28 portées par les prolongements 23 radialement extérieurs ont une section générale en forme de U dont les branches sont dirigées radialement vers l'extérieur. Les ailettes 19 ainsi usinées et enrobées sont ensuite placées dans un moule (non représenté) ayant des faces opposées, mais séparées des faces 25 et 26 radialement interne et externe du matériau d'enrobage. De plus la face du moule qui est opposée à la face 26 externe d'enrobage est munie de gorges circonférentielles dont la forme correspond à celle de la section des encoches 28 pratiquées dans les prolongements 23 radialement externes des ailettes d'aubage fixe. Les espaces entre le moule et les faces 25 et 26 radialement interne et externe du maternai d'enrobage sont ensuite remplis d'un mélange de fibres de carbure de silicium découpées, dispersées dans une matrice de résine epoxy non vulcanisée. L'ensemble est ensuite chauffé à une température intermédiaire afin de vulcaniser partiellement la résine epoxy, a la suite de quoi le moule est retiré.Il en résulte alors une structure comparable à celle montrée sur la figure 3 dans laquelle des ailettes 19 adjacentes d'aubage fixe sont reliées entre elles par des pièces radialement interne et externe, 29 et 30 respectivement, arquées et transverses Comme cela ressort de la figure 3, la pièce transverse radialement interne 29 admet une section de forme générale rectangulaire, les encoches 27 dans les prolongements 24 radialement internes des ailettes d'aubage fixe permettant l'ancrage des prolongements 24 dans la pièce 29 transverse Toutefois la pièce 30 transverse radialement extérieure est munie de gorges 31 circonférentielles qui se trouvent dans une configuration correspondant à celle des encoches 28 dans les prolongements 23 radialement externes des ailettes d'aubage fixe et leur sont contiguës.Ainsi des gorges 31 #irconférentielles continues sont-elles créées dans la pièce 30 transverse et les prolongements 23 radialement externes des ailettes. C'est ainsi que les formes divergentes des prolongements radialement externes et internes des ailettes d'aubage fixe sont intéressantes pour créer un ancrage mécanique solide entre chaque ailette 19 d'aubage fixe et les pièces 29 et 30 transverses. Afin de donner à l'ensemble des ailettes 19 d'aubage fixe la rigidité necessaire > un revêtement 32 en fibres tissées de carbure de silicium, prealablement Impregnées de resine epoxy, est assemblé a la surface radialement extérieure de la pièce 30 transverse. Un assemblage effectif est obtenu entre le revêtement 32 Imprégné et la pièce 30 transverse en pré-formant le revêtement 32 imprégné selon la configuration approprlee telle celle montrée sur la figure 3 grâce a l'utilisation de moules adaptés (non représentes). Selon le désire, il est possible d'employer plusieurs couches de revêtement 32. L'ensemble complet est ensuite mis en compression et chauffé afin de vulcaniser totalement le materiau formant la matrice de resine époxy au sein de l'ensemble, Après la vulcanisation, les faces extrêmes 33 et 24 des pièces transverses radialement internes et externes, 30 et 29 respectivement. sont usinées a plat et forées afin de fournir des points d'implantation pour des chevilles 35. Plusieurs ensembles d'ailettes 19 d'aubage fixe semblables à ceux montrés sur la figure 3 sont ensuite assemblés à l'aide d'une colle convenable, les chevilles 35 étant placées dans des trous correspondants tenon représentés) pratiqués dans les pieces transverses 29 et 30 adjacentes jusqu'à ce qu'un anneau complet d'ailettes 19 d'aubage fixe soit formé. Si l'on désire une rigidité supplémentaire de l'anneau résultant d'ailettes 19 d'aubage fixe, une fibre continue 36 de carbure de silicium peut être bobinée à sec dans le revêtement 32 et couvrir des gorges 28 circonférentielles qui sont prévues dans les pièces transverses 30. La fibre bobinée est ensuite imprégnée d'une résine époxy convenable. Les pièces transverses 30 radialement externes sont ensuite recouvertes par deux peaux 37 externes semi-circulalres semblables et leur sont assemblées par collage. Une partie de l'une de ces peaux est visible sur la figure 3. Finalement la température de l'ensemble complet est élevée suffisamment pour que l'alliage 22 enrobant les ailettes 19 fonde. Bien que la présente invention ait été décrite dans le cadre de la fabrication d'un seul anneau d'ailettes 19 d'aubage fixe, il est possible de realiser a l'occasion plus d'un anneau. Ainsi, comme le montre la figure 2, lors de la fabrication de deux séries annulaires d'ailettes 19 d'aubage fixe, un revêtement 32 imprégné commun et une peau 37 externe sont utilisés avec une couche 39 de fibres bobinées et imprégnées de résine interpose entre eux. L'avantage de cette disposition reside dans le fait que le revêtement 32 imprégné et la peau 37 externe coopèrent afin de définir une partie du carter du compresseur 12 à pressions Intermédiaires, partie qui entoure une des séries annulaires d'aubes de roue mobile. De même le revêtement 32 imprégné et la peau 37 externe peuvent être conçus de telle sorte qu'une cavité 38 est réservée pour recevoir une garniture abrasive convenable. Bien que la présente invention ait été décrite dans le cadre de la fabrication d'une structure réalisée dans son ensemble en résine époxy renforcée de fibres de carbure de silicium, il est clair que d'autres matériaux pourraient être employés le cas échéant. REVENDiCATIONS 1- Procédé de fabrication d'un ensemble d'ailettes d'aubage fixe adapté a un compresseur ai écoulement axial ayant plusieurs ailettes profilées disposées radialement comprenant l'étape de fixation. à l'aide de moyens de fixation provisoires, de plusieurs ailettes profilées, réalisées au préalable et placées dans les mêmes positions les unes par rapport aux autres que celles qu'elles auraient dans ledit compresseur, chacun des prolongements radiaux Internes et externes desdites ailettes ayant une forme divergente, ledit procédé étant caractérisé par les étapes supplémentaires si.iivantes' - moulage d'un matériau composite autour desdits prolongements radeaux divergents Internes (24) et externes (23) afin de définir un premier élément (29) et un second élément (30) transverses arques reliant entre eux respectivement lesdits prolongements radiaux Internes (24) et externes (23), - assemblage d'un raidisseur (32) sur la surface extérieure dudit élément transverse (30) reliant entre eux les prolongements radiaux externes (23) desdites ailettes ( 19) daubage fixe, - et retrait desdits moyens (22) de fixation provisoire. 2- Procédé de fabrication d'un ensemble d'ailettes d'aubage fixe selon la revendication I, caractérisé en ce que lesdits prolongerneiits radiaux internes(24) et externes (23) de chaque ailette (19) d'aubage fixe sont munis d'encoches circonférentielles (27,28). 3- Procédé de fabrication d'un ensemble d'ailettes d'aubage fixe selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit élément (30) transverse arque, reliant entre eux les prolongements (23) radiaux externes adjacents des ailettes d'aubage fixe, est moule de façon å définir des gorges (31) circonférentielles qui admettent la même forme de section et sont contiquës auxdites encoches (28) circonférentielles porlees par lesdits prolongements (23) radiaux externes des ailettes d'aubage fixe. 4- Procédé de fabrication d'un ensemble d'ailettes d'aubage fixe selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que lesdites encoches (28) dans le prolongement (23) radial externe de chaque ailette tri9) daubage fixe admettent une section ayant dans l'ensemble une forme en U. 5- Procédé de fabrication d'un ensemble d'ailettes d'aubage fixe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites ailettes (19) d'aubage fixe sont disposées en une série annulaire. 6- Procédé de fabrication d'un ensemble d'ailettes d'aubage fixe selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'une fibre (36) est bobinée dans lesdites gorges (28) circonférentielles desdits éléments (30) transverses à la suite de quoi lesdites fibres (36) bobinées sont imprégnées d'un matériau de matrice. 7- Procédé de fabrication d'un ensemble d'ailettes d'aubage fixe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une peau (37) externe est assemblée audit raidisseur (32). 8- Procédé de fabrication d'un ensemble d'ailettes d'aubage fixe selon la revendication 7, caractérisé en ce que le raidisseur (32) et la peau (37) externe sont ainsi disposés qu'ils sont communs a deux séries annulaires, adjacentes axialement, d'ailettes d'aubage fixe, ledit raidisseur définissant en outre une partie d'un carter de compresseur afin d'entourer une série annulaire d'aubes (20) de roue mobile interpose en fonctionnement entre lesdites séries adjacentes d'ailettes d'aubage fixe. 9- Procédé de fabrication d'un ensemble d'ailettes d'aubage fixe selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ledit matériau composite comprend des fibres incluses dans un matériau de matrice genre résine. 10- Procédé de fabrication d'un ensemble d'ailettes d'aubage fixe selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdites fibres sont en carbure de silicium 11- Procédé de fabrication d'un ensemble d'ailettes d'aubage fixe selon l'une quelconque des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que ladite résine est une résine époxy. 12- Procedé de fabrication d'un ensemble d'ailettes d'aubage fixe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacune desdites ailettes (19) d'aubage fixe est réalisée dans un matériau comprenant des fibres de renforcement dans une niatrice de résine 13- Procédé de fabrication d'un ensemble d'ailettes d'aubage fixe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en-ce que lesdits moyens (22) de fixation provisoires comprennent un alliage à bas point de fusion. 14- Ensemble d'ailettes daubage fixe fabrique conformément au procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.