Brevet FR2794167A1 — publié le 20001201

DESCRIPTION La présente invention concerne une aube creuse pour turbomachine, notamment une aube de soufflante à grande corde et elle concerne un procédé de fabrication de ladite aube. Les avantages découlant de lutilisation d'aubes à grande corde pour les turbomachines sont apparus notamment dans le cas des aubes de rotor de soufflante des turboréacteurs à double flux. Ces aubes doivent répondre à des conditions sévères d'utilisation et posséder notamment des caractéristiques mécaniques suffisantes associées à des propriétés antivibratoires et de résistance aux impacts de corps étrangers. L'objectif de vitesses suffisantes en bout d'aube a en outre amené à rechercher une réduction des masses. Les aubes à grande corde bien que plus performantes sont aussi plus lourdes que les aubes à nageoire. Cet alourdissement des aubes de soufflante conduit, par une augmentation des charges, à un accroissement de masse significatif de l'ensemble propulsif qui limite le gain en performance. C'est pourquoi un allégement des aubes à grande corde a été recherché. Ce but est notamment atteint par l'utilisation d'aubes creuses. FR-A-1 577 388 donne un exemple de réalisation d'une aube composée de deux éléments de paroi entre lesquels est disposée une structure en nids d'abeille, ces éléments de paroi étant constitués notamment en alliage de titane et étant formés au profil et à la forme désirés par pressage à chaud. US-A-3 628 226 décrit un procédé de fabrication d'aube creuse de compresseur comportant la mise en oeuvre d'une liaison métallurgique par soudage-dif fusion entre deux éléments ou demi-aubes ayant une face d'assemblage plane et rainurée. D'autres techniques connues d'obtention d'aubes creuses, notamment pour soufflante de turboréacteur, associent des opérations de soudage par diffusion métallurgique sous pression et de formage superplastique sous pression de gaz. Un exemple en est illustré par US-A-4 882 823. Un des buts de l'invention est d'éviter de faire appel à ces techniques connues dont la mise en oeuvre est complexe et les mises au point particulièrement délicates. Une aube creuse du type précité pour turbomachine répondant aux conditions précitées sans encourir les inconvénients des solutions connues antérieures est caractérisée en ce qu'elle est constituée d'un ensemble monobloc formé d'une pale à profils aérodynamiques et d'un pied de fixation et que le bas de pale comporte une cavité interne ménagée entre une paroi d'extrados et une paroi d'intrados de l'aube, les seules liaisons entre parois au niveau de la cavité sont situées respectivement du côté du bord d'attaque et du côté du bord de fuite de l'aube et que le haut de pale comporte une pluralité de canaux internes débouchant dans ladite cavité et disposés dans le sens de la hauteur de l'aube. Un procédé avantageux de fabrication de ladite aube creuse comporte les étapes suivantes : a) réalisation d'une forme plane ébauche de l'aube, b) creusement par usinage d'une cavité interne dans le bas de l'aube correspondant au pied et au bas de pale de l'aube, c) usinage d'une pluralité de canaux internes débouchant dans ladite cavité, d) cambrage et vrillage de l'aube aux formes aérodynamiques recherchées, e) fermeture de l'entrée de cavité au niveau du pied de l'aube, f) usinage final et finition des profils aérodynamiques déterminés. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente une vue schématique d'une aube monobloc, au stade initial de fabrication d'une aube creuse de turbomachine conforme à l'invention, - la figure 2 représente une vue schématique de l'étape de creusement par usinage d'une cavité interne de l'aube selon le procédé de fabrication conforme à l'invention, - la figure 3 représente une vue schématique de l'aube creuse représentée sur la figure 1 à un stade intermédiaire de fabrication, - la figure 4 représente une vue schématique de l'étape d'usinage de canaux internes de l'aube selon le procédé de fabrication conforme à l'invention, - la figure 5 représente une vue schématique de l'étape de fermeture de l'entrée de cavité interne de l'aube selon le procédé de fabrication conforme à l'invention. Une aube creuse pour turbomachine conforme à l'invention est obtenue par la mise en oeuvre des étapes suivantes du procédé de fabrication conforme à l'invention. a) au cours d'une première étape de réalisation, une aube 1 monobloc, ébauchée au plus près de ses cotes finales est obtenue, soit par forgeage à plat, en appliquant un procédé connu en soi, et telle que schématiquement représentée sur la figure 1, soit par usinage. De manière connue, l'aube 1 comporte une embase de fixation ou pied 2, une partie à profil aérodynamique ou pale 3 constituée de deux parois externes, respectivement d'intrados 4 et d'extrados 5, raccordées par un bord d'attaque 6 et un bord de fuite 7 et destinée à être placée dans la veine de circulation du flux d'air de la turbomachine. Suivant les applications particulières, l'aube peut comporter une partie intermédiaire appelée échasse 8 de raccordement entre le pied 2 et la pale 3 b) on usine ensuite, par tout procédé connu adapté à cette réalisation, le bas de l'aube 1 comprenant le pied 2 et le bas de la pale 3, par creusement d'une cavité interne 9 de manière à ne laisser subsister les liaisons entre parois d'intrados 4 et d'extrados 5 qu'uniquement du côté du bord d'attaque 6 et du côté du bord de fuite 7 de l'aube. Des moyens d'usinage classique peuvent être utilisés ou des moyens d'usinage électrochimique, chimique ou à arc électrique. La figure 2 représente schématiquement cette opération, montrant la cavité interne 9 obtenue et un outil 12 de perçage par électrochimie. L'usinage peut être réalisé en plusieurs opérations. La figure 3 montre schématiquement un exemple de réalisation où la cavité 9 est obtenue par un empilage d'outils successifs, de section décroissante. Il en résulte une cavité 9 de profil approximativement homothétique au profil extérieur de l'aube à réaliser. Dans une solution préférentielle, les sections d'évidement de l'aube sont évolutives et tous les raccordements évitent toute rupture et tout angle vif dans le profil de cavité sur la surface interne de paroi de l'aube. En fonction des applications particulières et du taux d'allégement recherché, une section d'évidement constante peut également être réalisée. En fonction des moyens d'usinage utilisés, divers procédés connus en soi peuvent être appliqués pour améliorer l'état de surface de la cavité interne 9 par reconditionnement et finition. à l'étape suivante de réalisation, une pluralité de canaux internes 10 sont usinés dans le haut de pale de l'aube, les canaux 10 débouchant dans la cavité interne 9. La figure 4 représente schématiquement cette opération. Comme représenté dans l'exemple de la figure 4 des moyens d'usinage connus en soi peuvent être utilisés pour le perçage des canaux 10 par l'intérieur. Toutefois dans le cas où il est préférable d'éviter le porte-à-faux du porte-outil en bas de pale, l'usinage des canaux 10 est effectué en entrant l'outil par le bout de pale au sommet de l'aube, comme le montre la figure 3. d) A l'étape suivante, l'aube 1 est cambrée et vrillée suivant des techniques qui sont soit connues en soi, soit spécifiquement adaptées et comme décrites notamment par FR-A-2 769 784. e) Après nettoyage du volume intérieur de l'aube 1, l'entrée de la cavité 9 au niveau du pied 2 de 1 ' aube est ensuite refermée. La fermeture peut notamment être obtenue par déformation superplastique des côtés et soudage-dif fusion ou brasage. La fermeture peut en outre être réalisée par la mise en place d'un insert 11 formant un bouchon de rebouchage comme schématiquement représenté sur les figures 3 et 5. Le bouchon 11 est implanté de façon à être sollicité en fonctionnement par les efforts de pression sur les faces de contact et par conséquent en situation de compression. En fonction des applications particulières, il peut être nécessaire d'effectuer avant l'étape d de cambrage et vrillage une étape intermédiaire de préparation consistant à remplir le volume intérieur creusé de l'aube 1 par un matériau composé réfractaire pulvérulent. Ce matériau, par exemple à base de céramique, est déterminé de manière à éviter toute contamination du matériau de l'aube 1. Cette étape peut en outre comporter une opération de compactage du matériau pulvérulent. Après l'étape d de cambrage et vrillage, le volume intérieur de l'aube 1 est dans ce cas vidé et nettoyé. Dans le cas où les canaux internes 10 débouchent au sommet de l'aube 1, les canaux 10 peuvent rester ouverts ou des bouchons 13 de fermeture de l'aube peuvent être brasés ou soudés en partie supérieure de l'aube, comme schématiquement représenté sur la figure 3. f) on procède enfin aux opérations classiques de finition de l'aube 1, usinage du pied 2, finition des profils aérodynamiques déterminés, bord d'attaque 6, bord de fuite 7, et sommet de pale. En fonction des applications particulières et notamment dans le cas d'une aube de soufflante en alliage de titane, comme il est connu, les différents traitements de surface et dépôts sont en outre appliqués à l'aube 1. Outre les gains de coût procurés par le procédé de fabrication d'aube creuse conforme à l'invention, l'aube creuse obtenue présente des avantages techniques significatifs. L'allègement de l'aube 1 conduit à un bilan de masse proche de celui que présentent les solutions connues antérieures, notamment l'aube obtenue par soudage-diffusion et formage superplastique. Par ailleurs, l'absence de soudure dans les zones mécaniquement sollicitées de l'aube, l'obtention de coefficients de forme des accidents géométriques internes de l'aube moins élevés et mieux contrôlés ainsi qu'une amélioration et un meilleur contrôle de l'état de surface interne de l'aube amènent une amélioration significative de la tenue aux sollicitations de fatigue de l'aube 1 en fonctionnement et en conséquence un gain sur la tenue en service de l'aube. REVENDICATIONS 1. Aube creuse pour turbomachine caractérisée en ce qu'elle est constituée par un ensemble monobloc formé d'une pale (3) à profils aérodynamiques et d'un pied (2) de fixation et que le bas de pale comporte une cavité interne (9) ménagée entre une paroi d'extrados (5) et une paroi d'intrados (4) de l'aube (1), les seules liaisons entre parois au niveau de la cavité étant situées respectivement du côté du bord d'attaque (6) et du côté du bord de fuite (7) de l'aube (1) et que le haut de pale comporte une pluralité de canaux internes (10) débouchant dans ladite cavité (9) et disposés dans le sens de la hauteur de l'aube (1). 2. Aube creuse selon la revendication 1 dans laquelle la cavité interne (9) de l'aube (1) est fermée au niveau du pied (2) de l'aube par un insert formant bouchon (11) de rebouchage. 3. Aube creuse selon l'une des revendications 1 ou 2 dans laquelle les canaux (10) débouchant en partie supérieure de l'aube sont fermés par des bouchons (13). 4. Procédé de fabrication d'une aube creuse pour turbomachine conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : a) réalisation d'une forme plane ébauche de l'aube, b) creusement par usinage d'une cavité interne (9) dans le bas de 1 ' aube correspondant au pied et au bas de pale de l'aube, c) usinage dans le haut de l'aube d'une pluralité de canaux internes (10) débouchant dans ladite cavité (9), d) cambrage et vrillage de l'aube creuse aux formes aérodynamiques recherchées, e) après nettoyage du volume intérieur de 11 aube, fermeture de 1 'entrée de cavité (9) au niveau du pied de 1 1 aube, f) usinage final et finition des profils aérodynamiques déterminés. 5. Procédé de fabrication d'une aube creuse selon la revendication 4 dans lequel à l'étape a l'ébauche d'aube est obtenue par forgeage. 6. Procédé de fabrication d'une aube creuse selon la revendication 4 dans lequel à l'étape a l'ébauche d'aube est obtenue par usinage. 7. Procédé de fabrication d'une aube creuse pour turbomachine selon l'une quelconque des revendications 4 à 6 dans lequel à l'étape b l'usinage de la cavité interne (9) est effectué par usinage électrochimique. S. Procédé de fabrication d'une aube creuse pour turbomachine selon la revendication 7 dans lequel à l'étape b plusieurs outils successifs sont utilisés de manière à obtenir par empilage une cavité (9) de profil homothétique au profil extérieur de l'aube. 9. Procédé de fabrication d'une aube creuse pour turbomachine selon l'une quelconque des revendications 4 à 8 dans lequel à l'étape c l'usinage des canaux (10) est effectué en entrant l'outil par le bout de pale à l'extrémité supérieure de l'aube. 1O.Procédé de fabrication d'une aube creuse pour turbomachine selon la revendication 9 dans lequel les trous de bout de pale sont rebouchés par bouchon de fermeture (13). 11.Procédé de fabrication d'une aube creuse selon l'une quelconque des revendications 4 à 10 dans lequel avant l'étape d de cambrage et vrillage, on effectue une étape intermédiaire de remplissage interne de l'aube au moyen d'un composé réfractaire pulvérulent. 12.Procédé de fabrication d'une aube creuse selon la revendication il dans lequel le remplissage est suivi d'un compactage du composé réfractaire pulvérulent. 13.Procédé de fabrication d'une aube creuse pour turbomachine selon l'une quelconque des revendications 4 à 12 dans lequel une opération de finition est effectuée par reconditionnement pour l'amélioration de l'état de surface de la cavité interne de l'aube. 14.Procédé de fabrication d'une aube creuse pour turbomachine selon l'une quelconque des revendications 4 à 13 dans lequel à l'étape e la fermeture de l'entrée de cavité (9) est obtenue par déformation superplastique des côtés et soudage-dif fusion ou brasage au niveau du pied de l'aube. 15.Procédé de fabrication d'une aube creuse pour turbomachine selon l'une quelconque des revendications 4 à 13 dans lequel à 11 étape e un insert f ormant bouchon (11) de rebouchage est mis en place pour la fermeture de la cavité interne (9) au niveau du pied de l'aube