Brevet FR2940352A1 — publié le 20100625

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général des aubes de turbomachine en matériau composite comportant un renfort fibreux densifié par une matrice. Le domaine visé est celui des roues mobiles à aubes en matériau composite pour moteurs aéronautiques ou turbines industrielles. La réalisation d'aubes en matériau composite pour des turbomachines a déjà été proposée. On pourra par exemple se référer à la demande de brevet FR 08 58090 (non publiée à ce jour) déposée conjointement aux noms de Snecma et de Snecma Propulsion Solide qui décrit la fabrication d'une aube de turbomachine par réalisation d'une préforme fibreuse par tissage tridimensionnel et densification de la préforme par une matrice. Dans le cas d'une roue mobile à aubes métalliques, celle-ci comporte généralement une pluralité d'aubes métalliques montées par leur pied sur un disque métallique et un carter métallique disposé autour de la roue mobile. Lors du montage (à froid) de la roue mobile à l'intérieur du carter, il est nécessaire de laisser un jeu radial entre le sommet des aubes et le carter qui entoure la roue mobile. Or, en fonctionnement (à chaud), ce jeu peut être à l'origine de fuites de gaz entre le sommet des aubes et le carter. Afin de réduire le risque que de telles fuites apparaissent, l'extrémité libre des aubes est généralement munie de léchettes radiales et un matériau abradable est monté sur une surface interne du carter en regard des léchettes. En fonctionnement de la roue mobile, le disque, les aubes et le carter qui entoure la roue se dilatent de sorte que les léchettes portées par les aubes viennent abraser le matériau abradable porté par le carter. De la sorte, le jeu laissé au montage entre le sommet des aubes et le carter a tendance à disparaître, ce qui limite les fuites de gaz. En revanche, dans le cas d'une roue mobile comprenant des aubes en matériau composite, les différences de dilatation entre la roue (en partie en matériau composite par ses aubes) et le carter (métallique) peuvent être importantes. Il en résulte qu'en fonctionnement à chaud, le jeu radial laissé au montage entre les léchettes des aubes et le matériau abradable du carter ne disparaît pas complètement, ce qui a pour conséquence que l'étanchéité entre la roue mobile et le carter n'est plus totalement assurée. Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant une roue mobile de turbomachine à aubes en matériau composite dont l'étanchéité avec le carter qui l'entoure peut être assurée en fonctionnement. Selon l'invention, ce but est atteint grâce à une roue mobile comportant un disque de montage, une pluralité d'aubes en matériau composite montées sur le disque de montage par leur pied et munies chacune à leur extrémité libre d'un talon, et une virole métallique positionnée sur le talon des aubes de façon concentrique au disque de montage et comprenant des léchettes faisant saillie radialement vers l'extérieur et destinées à venir abraser un matériau abradable porté par un carter entourant la roue, la virole étant fixe axialement et circonférentiellement par rapport au talon des aubes et apte à se déplacer radialement vers l'extérieur par rapport au talon des aubes. La roue mobile selon l'invention est montée à froid à l'intérieur du carter en laissant un jeu radial entre les léchettes de la virole et le matériau abradable porté par le carter. En fonctionnement, la virole se dilate thermique sous l'effet de la chaleur dégagée par les gaz traversant la roue et, sous l'effet de la force centrifuge exercée par la roue, elle se déplace radialement vers le matériau abradable. De la sorte, le jeu radial entre les léchettes des aubes et le matériau abradable porté par le carter peut être comblé en fonctionnement. L'étanchéité entre la roue mobile et le carter qui l'entoure est ainsi parfaitement assurée en fonctionnement. Selon une disposition avantageuse, la roue comprend en outre au moins un pion traversant la virole et le talon d'au moins une aube selon une direction sensiblement radiale, le pion étant fixé à la virole et apte à se déplacer radialement par rapport au talon des aubes de façon à assurer une fixation axiale et circonférentielle de la virole par rapport au talon des aubes et à permettre à la virole de se déplacer radialement par rapport au talon des aubes. De préférence, chaque pion traverse un orifice pratiqué dans le talon d'une aube au niveau d'une jonction entre deux talons d'aubes adjacentes. Par ailleurs, chaque pion peut être soudé à la virole. Une pluralité de pions peuvent encore être régulièrement répartis autour de la virole. Le talon de chaque aube peut présenter un rebord faisant saillie radialement vers l'extérieur, la virole ayant une rainure circonférentielle ouverte vers l'intérieur et dans laquelle vient se loger le rebord de chaque talon d'aube de façon à assurer un guidage de la virole lors de son déplacement radial par rapport au talon des aubes. L'invention concerne également une turbomachine comportant au moins une roue mobile telle que définie précédemment. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une roue mobile selon l'invention à froid ; - la figure 2 est une vue partielle de la roue mobile de la figure 1àchaud ; - la figure 3 est une vue en coupe de la figure 1 selon III-III ; - la figure 4 est une vue de dessus en écorché de la roue mobile des figures 1 et 2 ; et - la figure 5 est une vue partielle et en perspective de la roue mobile des figures 1 et 2. Description détaillée d'un mode de réalisation L'invention est applicable à différents types de roues mobiles munies d'aubes en matériau composite de turbomachine, notamment des roues mobiles de compresseur et de turbine de différents corps de turbines à gaz, par exemple une roue mobile de turbine basse-pression d'une turbomachine aéronautique, telle que celle illustrée par les figures 1 à 5. La roue mobile 2 représentée sur les figures 1 à 5 comporte notamment un disque métallique de montage 4 centré sur l'axe de rotation 6 de la roue et sur lequel sont montées des aubes 8 par leur pied 10 respectif. Sur l'exemple des figures 1 à 5, ce montage des aubes 8 sur le disque 4 s'effectue classiquement au moyen d'alvéoles 12 aménagées à la périphérie extérieure du disque et qui s'étendent selon une direction sensiblement parallèle à l'axe de rotation 6 de la roue, les pieds 10 des aubes étant logés dans ces alvéoles et maintenus axialement par des flasques. Bien entendu, tout autre type de montage des aubes 8 sur le disque de montage 4 est envisageable. Chaque aube 8 est réalisée en matériau composite à partir de procédés connus de l'homme du métier. On pourra par exemple se référer à la demande de brevet FR 08 58090 qui décrit la fabrication d'une telle aube comprenant un renfort fibreux obtenu par tissage tridimensionnel de fils et densifié par une matrice. Les aubes 8 sont munies chacune à leur extrémité libre (ou sommet) d'un talon 14 en matériau composite, ce talon étant disposé en regard d'un matériau abradable 16 monté sur la surface interne d'un carter annulaire métallique centré sur l'axe de rotation 6 et entourant la roue mobile (non représenté sur les figures). Selon l'invention, une virole métallique 18 centrée sur l'axe de rotation 6 est positionnée sur le talon 14 des aubes de façon concentrique au disque de montage 4. Cette virole 18 est formée d'une seule et même pièce de 360°. La virole 18 comprend des léchettes métalliques 20 faisant saillie radialement vers l'extérieur (c'est-à-dire en direction opposée à l'axe de rotation 6) qui sont destinées à venir abraser lors du fonctionnement de la turbine le matériau abradable 16 porté par le carter entourant la roue. Par ailleurs, la virole 18 est montée sur le talon 14 des aubes 8 de façon à posséder un unique degré de liberté en déplacement radial, c'est-à-dire qu'elle est fixe axialement et circonférentiellement par rapport au talon des aubes et apte à se déplacer radialement vers l'extérieur (c'est-à-dire en direction opposée à l'axe de rotation 6) par rapport au talon des aubes. A cet effet, il est prévu de munir la roue mobile 2 d'au moins un pion 22 qui traverse, selon une direction D sensiblement radiale, un orifice 24 pratiqué dans la virole 18 et un orifice 26 pratiqué dans le talon 14 d'au moins une aube, les orifices 18 et 26 étant alignés radialement l'un par rapport à l'autre. De préférence, la roue mobile comprend une pluralité de tels pions 22, ces derniers étant alors régulièrement répartis autour de la virole. Chaque pion 22 est fixé à la virole 18 au niveau de son extrémité extérieure, par exemple au moyen de cordons de soudure 28, et est libre au niveau de son extrémité intérieure qui traverse l'orifice 26 pratiqué dans le talon 14 de l'aube. De la sorte, le pion 22 permet à la virole 18 d'être fixe axialement et circonférentiellement par rapport au talon 14 des talons tout en permettant à celle-ci de se déplacer radialement vers l'extérieur par rapport au talon des aubes. Selon une disposition avantageuse de l'invention représentée notamment sur la figure 4, l'orifice 26 pratiqué dans le talon d'une aube pour le passage de chaque pion est disposé au niveau d'une jonction entre les talons 14 de deux aubes adjacentes. Dans ce cas, il est préférable que seul l'un des talons 14 des deux aubes adjacentes présente un orifice 26 pour le passage du pion, cet orifice ayant par exemple une forme de demi-cylindre. Quant à l'orifice correspondant 24 qui est pratiqué dans la virole, il est sensiblement cylindrique. Avec cette disposition, chaque pion 22 présente alors, selon une coupe radiale perpendiculaire à l'axe de rotation 6 (voir la figure 3), une section en forme de � L �. Bien entendu, il est tout aussi envisageable que les deux talons des deux aubes adjacentes soient usinés chacun d'un orifice demi-cylindrique pour former un trou cylindrique, le pion ayant alors une forme également cylindrique. Toutefois, par rapport à un pion cylindrique, l'arrangement particulier illustré par la figure 3 présente l'avantage que seul l'un des deux talons est usiné, ce qui limite les coûts et les problèmes liés à l'usinage d'un matériau composite. Selon une autre disposition avantageuse de l'invention, le talon 14 de chaque aube 8 présente, par exemple au niveau de son extrémité aval (par rapport au sens d'écoulement des gaz traversant la turbine), un rebord 30 faisant saillie radialement vers l'extérieur et la virole 18 présente une rainure circonférentielle 32 qui est ouverte vers l'intérieur (c'est-à-dire vers l'axe de rotation 6). Ainsi, lors de l'assemblage de la virole sur les talons d'aube, le rebord 30 de chaque talon vient se loger dans la rainure 32 de la virole de façon à assurer un guidage de la virole lors de son déplacement radial par rapport au talon des aubes. Le fonctionnement de la roue mobile 2 selon l'invention est le suivant. A froid (figures 1, 3 et 5), la virole métallique 18 est positionnée sur le talon 14 de chaque aube 8 de la roue et les pions 22 sont insérés dans les orifices 24, 26 respectifs de la virole et des talons avant d'être soudés à la virole. Les aubes munies de la virole métallique sont alors montées sur le disque de montage 4 par leur pied 10 respectif. Ce montage à froid permet de laisser un jeu radial J entre les léchettes 20 de la virole 18 et le matériau abradable 16. A chaud (figure 2), c'est-à-dire en fonctionnement de la roue mobile, le carter portant le matériau abradable 16, le disque de montage 4 et la virole 18 qui sont métalliques se dilatent sous l'effet de la chaleur dégagée par les gaz traversant la turbine de sorte que leur diamètre respectif augmente. Quant aux aubes 8 qui sont réalisées en matériau composite, elles ne se dilatent que très faiblement. Par ailleurs, sous l'effet de la force centrifuge générée par la rotation de la roue mobile, la virole 18 va se déplacer radialement vers le matériau abradable 16 de sorte à faire disparaître le jeu radial J entre les léchettes 20 de la virole 18 et le matériau abradable 16. L'étanchéité entre la roue mobile et le carter qui l'entoure est ainsi parfaitement assurée en fonctionnement. REVENDICATIONS1. Roue mobile (2) de turbomachine à aubes en matériau composite, caractérisée en ce qu'elle comprend : un disque de montage (4) ; une pluralité d'aubes (8) en matériau composite montées sur le disque de montage par leur pied (10) et munies chacune à leur extrémité libre d'un talon (14) ; et une virole métallique (18) positionnée sur le talon des aubes de façon concentrique au disque de montage et comprenant des léchettes (20) faisant saillie radialement vers l'extérieur et destinées à venir abraser un matériau abradable (16) porté par un carter entourant la roue, la virole étant fixe axialement et circonférentiellement par rapport au talon des aubes et apte à se déplacer radialement vers l'extérieur par rapport au talon des aubes. 2. Roue selon la revendication 1, comprenant en outre au moins un pion (22) traversant la virole (18) et le talon (14) d'au moins une aube (8) selon une direction (D) sensiblement radiale, le pion étant fixé à la virole et apte à se déplacer radialement par rapport au talon des aubes de façon à assurer une fixation axiale et circonférentielle de la virole par rapport au talon des aubes et à permettre à la virole de se déplacer radialement par rapport au talon des aubes. 3. Roue selon la revendication 2, dans laquelle chaque pion (22) traverse un orifice (26) pratiqué dans le talon (14) d'une aube (8) au niveau d'une jonction entre deux talons d'aubes adjacentes. 4. Roue selon l'une des revendications 2 et 3, dans laquelle chaque pion (22) est soudé à la virole (18). 5. Roue selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, comprenant une pluralité de pions (22) régulièrement répartis autour de la virole (18).35 6. Roue selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle le talon (14) de chaque aube (8) présente un rebord (30) faisant saillie radialement vers l'extérieur, la virole (18) ayant une rainure circonférentielle (32) ouverte vers l'intérieur et dans laquelle vient se loger le rebord de chaque talon d'aube de façon à assurer un guidage de la virole lors de son déplacement radial par rapport au talon des aubes. 7. Turbomachine comportant au moins une roue mobile (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.