Brevet FR2940768A1 — publié le 20100709

Procédé de fabrication d'un tambour de compresseur de turbomachine La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un tambour de compresseur de turbomachine, ce tambour étant du type comprenant au moins deux disques de rotor coaxiaux reliés entre eux et à une bride annulaire coaxiale par des parois de révolution sensiblement cylindriques ou tronconiques. Un compresseur haute-pression de turbomachine peut comprendre un ou deux tambours de ce type. Un tambour comporte trois, quatre, cinq, voire plus, disques de rotor qui sont reliés entre eux par des parois de révolution, le tambour comportant en outre à chacune de ses extrémités axiales une bride annulaire de fixation à un autre disque de rotor et/ou à un autre tambour. Ces brides sont reliées aux disques de rotor du tambour les plus amont et aval par deux autres parois de révolution, respectivement. Des groupes de léchettes annulaires sont formés sur chaque paroi de révolution du tambour. Ces léchettes s'étendant radialement vers l'extérieur et coopèrent par frottement avec des blocs de matière abradable portés par le stator de la turbomachine pour former des joints d'étanchéité du type à labyrinthe. On a constaté que certains tambours, en particulier ceux réalisés en titane, subissent des déformations importantes par fluage en fonctionnement. La paroi de révolution aval qui relie le disque le plus aval d'un tambour à sa bride de fixation aval est exposée à des températures importantes en fonctionnement (de l'ordre de 500°C) et subit des déformations importantes par fluage qui entraînent un gonflement vers l'extérieur de cette paroi. Cela a notamment pour conséquence que les léchettes annulaires de cette paroi sont déplacées radialement vers l'extérieur, ce qui peut modifier le débit de fuite d'air à travers le joint à labyrinthe correspondant. II n'est pas possible actuellement de réparer un tambour de turbomachine ayant subi ce type de déformation, si bien que ce tambour doit être mis au rebut et être remplacée par un neuf, ce qui est très coûteux. L'invention a notamment pour objet un procédé de fabrication d'un tambour permettant de réaliser un nouveau tambour à partir d'un tambour dont une paroi de révolution a subi des déformations en fonctionnement. Elle propose à cet effet un procédé de fabrication d'un tambour de compresseur de turbomachine comprenant au moins deux disques de rotor coaxiaux reliés entre eux et à une bride annulaire coaxiale par des parois de révolution sensiblement cylindriques ou tronconiques, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : - réaliser une de ces parois de révolution, reliée à une bride annulaire, avec une surépaisseur annulaire locale de matière, - puis, quand cette paroi de révolution est déformée après usage, la couper au niveau de la surépaisseur et la retirer, - positionner une nouvelle paroi de révolution à la place de celle retirée, et souder cette nouvelle paroi au tambour. Le procédé selon l'invention comprend essentiellement trois étapes : la première étape consiste à prévoir une surépaisseur annulaire locale de matière sur la paroi de révolution du tambour reliant une bride à un disque de rotor, la seconde étape consiste à couper la paroi de révolution du tambour ayant subi des déformations, au niveau de la surépaisseur et à retirer cette paroi, et la dernière étape consiste à souder une nouvelle paroi au tambour. Le procédé de fabrication permet donc d'obtenir un nouveau tambour à partir d'un tambour ayant subi des déformations. II n'est donc plus nécessaire de remplacer le tambour déformé par un neuf, ce qui est plus économique. La surépaisseur locale de matière est prévue sur la paroi de révolution du tambour, dès la fabrication initiale du tambour, pour autoriser les opérations ultérieures de coupe et de soudage de la paroi, en cas de déformation de celle-ci. Cette surépaisseur permet en effet de renforcer et de rigidifier la zone de la paroi qui subit des contraintes thermiques, mécaniques, et vibratoires relativement importantes lors des opérations de coupe et de soudure. Une surépaisseur est formée sur la ou chaque paroi susceptible de se déformer en fonctionnement, et donc de préférence sur la paroi de révolution du tambour reliant le disque de rotor aval à la bride de fixation aval. Une surépaisseur de matière peut toutefois être prévue sur toute autre paroi de révolution du tambour. Chaque paroi de révolution du tambour peut en outre comporter plusieurs surépaisseurs annulaires de matière de ce type. Le procédé consiste avantageusement à couper la paroi déformée au milieu de la surépaisseur locale, et à la remplacer par une nouvelle paroi comportant également une surépaisseur locale, pour supporter les contraintes thermiques liées à l'opération de soudage. La nouvelle paroi peut être soudée au tambour par friction inertielle ou par faisceau d'électrons, ou par toute autre technique appropriée. Le procédé selon l'invention peut en outre comprendre, avant ou après l'étape de soudage de la nouvelle paroi, une étape consistant à usiner la nouvelle paroi pour y former des léchettes annulaires externes d'un joint d'étanchéité à labyrinthe. Avantageusement, après l'étape de soudage, le procédé peut comprendre une étape consistant à usiner la zone soudée pour que son épaisseur radiale soit sensiblement égale à celle du reste de la paroi. Dans le cas où c'est la paroi de révolution aval du tambour qui doit être réparée, cette paroi comprend des léchettes annulaires externes et la surépaisseur est située entre ces léchettes et un disque de rotor. La présente invention concerne également un tambour de compresseur de turbomachine, comprenant au moins deux disques de rotor coaxiaux reliés entre eux et à une bride annulaire coaxiale par des parois de révolution sensiblement cylindriques ou tronconiques, caractérisé en ce qu'une de ces parois de révolution, reliée à une bride annulaire, comprend au moins une surépaisseur annulaire locale. Ce tambour est en particulier réalisé en titane, pour un compresseur haute-pression de turbomachine. Cette surépaisseur est avantageusement située entre un disque de rotor et des léchettes annulaires externes formées sur la paroi de révolution. La surépaisseur peut avoir une épaisseur radiale comprise entre 6 et 10 mm environ. L'épaisseur radiale du reste de la paroi est de l'ordre de 2-3 mm environ. L'invention concerne enfin une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend un tambour de compresseur tel que décrit ci-dessus. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une demi-vue schématique partielle en coupe axiale d'un compresseur haute-pression de turbomachine, comprenant deux tambours, - la figure 2 est une vue partielle à plus grande échelle du détail I de la figure 1, et représente la paroi de révolution aval du tambour amont du compresseur, et - les figures 3 à 6 représentent des étapes du procédé selon l'invention de 25 réparation d'un tambour de compresseur de turbomachine. Le compresseur haute-pression 10 de turbomachine représenté en figure 1 comprend plusieurs étages de compression, chacun de ces étages comportant une rangée annulaire d'aubes mobiles 12 de rotor et une rangée annulaire d'aubes fixes 14 de stator de redressement agencées en 30 aval de la rangée d'aubes mobiles 12. Les extrémités radialement externes des aubes fixes 14 sont portées par un carter annulaire externe 16 sensiblement cylindrique du compresseur. Les aubes mobiles 12 comprennent à leurs extrémités radialement internes des pieds qui sont montés dans des rainures axiales ou dans des gorges annulaires formées à la périphérie externe de disques de rotor 18, 20, 21 et 22. Cinq disques de rotor 20 sont reliés coaxialement les uns aux autres par des parois de révolution 24 sensiblement cylindriques ou tronconiques de façon à former un premier tambour avant ou amont de rotor, qui comprend les disques de rotor des étages 2 à 6 du compresseur et est appelé tambour 2-6. Le disque amont 20 de ce tambour 2-6 (correspondant au second étage du compresseur) comprend en amont une paroi de révolution 26 sensiblement tronconique qui est reliée à son extrémité amont par une bride annulaire 28 de fixation à une bride annulaire 30 correspondante du disque 18 du premier étage du compresseur. Les brides 28 et 30 sont maintenues axialement serrées l'une contre l'autre par des moyens du type vis-écrou. Le disque aval 20 du tambour 2-6 (correspondant au sixième étage du compresseur) comprend en aval une paroi de révolution 32 sensiblement cylindrique dont l'extrémité aval comporte une bride annulaire 34 appliquée et serrée sur la face amont du disque 21 du septième étage du compresseur. Les disques aval de rotor 22 sont reliés les uns aux autres par des parois de révolution 36 de façon à former un tambour arrière ou aval. Le disque amont de ce tambour (correspondant au huitième étage du compresseur) comprend en amont une paroi de révolution 38 sensiblement cylindrique dont l'extrémité amont comporte une bride annulaire 40 appliquée et serrée sur la face aval du disque 21 par des moyens du type vis-écrou. Chaque tambour est en général formé par l'assemblage, par exemple par soudage (FE ou FI), des disques de rotor et des parois de révolution entre eux. Le tambour 2-6 peut être réalisé en titane et l'autre tambour peut être réalisé en alliage à base de nickel ou cobalt. Les parois de révolution 24, 26, 32, 36 et 38 comprennent sensiblement au droit des rangées annulaires d'aubes mobiles 14, des léchettes annulaires 42 qui s'étendent radialement vers l'extérieur depuis les surfaces externes des parois. Ces léchettes 42 sont destinées à coopérer par frottement avec des éléments annulaires 44 en matériau abradable fixés à la périphérie interne des aubes fixes 14 de façon à former des joints d'étanchéité du type à labyrinthe. Ces joints limitent le passage d'air chaud provenant de la veine du compresseur axialement d'amont en aval et d'aval en amont à travers les espaces annulaires situés entre la périphérie interne des rangées d'aubes mobiles et les parois de révolution 24, 26, 32, 36 et 38. En fonctionnement, les parois de révolution des tambours (et en particulier la paroi 32 de liaison du disque aval 20 du tambour 2-6 à la bride 34) ont tendance à se déformer par fluage à cause des températures élevées auxquelles elles sont soumises. La figure 2 est une vue à plus grande échelle de la paroi aval 32 de ce disque. La position de la paroi 32 à l'état non déformé est représentée en traits continus et la position de cette paroi, après déformation, est représentée en traits pointillés. On constate que cette paroi subit en fonctionnement une déformation ou gonflement radial vers l'extérieur, ce qui se traduit notamment par un déplacement radial vers l'extérieur des léchettes 42 de cette paroi 32. Dans la technique actuelle, un tambour présentant ce type de déformation est mis au rebut et doit être remplacé par un neuf. La présente invention propose une solution plus économique grâce à 30 un tambour qui peut être réparé en remplaçant sa paroi déformée par une neuve. Pour cela, au moins une paroi de révolution du tambour selon l'invention est réalisée avec une surépaisseur annulaire de matière, cette paroi étant destinée à être coupée au niveau de cette surépaisseur pour retirer la paroi et la remplacer par une nouvelle. Le plan de coupe de la paroi s'étend perpendiculairement à l'axe longitudinal de la turbomachine, cette coupe s'étendant sur toute la circonférence de la paroi. Une extrémité de la nouvelle paroi est alors soudée sur l'extrémité coupée du tambour. La surépaisseur de matière prévue au départ sur la paroi du tambour a une forme et des dimensions qui sont déterminées pour que cette paroi supporte les contraintes liées aux opérations précitées de coupe et de soudage. Dans le cas où l'on souhaite réparer la paroi de révolution aval 32 du tambour 2-6, cette paroi doit comporter une surépaisseur annulaire 150, comme cela est représenté en figure 3. Dans l'exemple représenté, cette surépaisseur 150 est située entre le disque 120 et les léchettes 142, et s'étend donc entre la zone aval de la paroi 132 qui fait l'objet de déformations en fonctionnement, et la zone amont de la paroi qui est reliée au disque et qui est plus rigide. La surépaisseur 150 a une épaisseur radiale égale ou supérieure à environ deux fois celle du reste de la paroi 132. L'épaisseur radiale de la surépaisseur est par exemple comprise entre 6 et 10 mm, et celle du reste de la paroi peut être de l'ordre de 3 mm environ. La surépaisseur a une dimension axiale comprise entre 10 et 20mm environ. Comme cela est visible en figure 3, cette surépaisseur 150 est située à distance des extrémités axiales de la paroi 132. Elle est formée d'une seule pièce avec la paroi et est obtenue de fonderie ou par usinage en même temps que la paroi. L'invention propose un procédé de fabrication d'un tambour du type précité, dont les étapes sont schématiquement représentées par les figures 3à6. Ce procédé comprend essentiellement trois étapes : une première étape dans laquelle au moins une des parois de révolution 132 du tambour est réalisée avec une surépaisseur annulaire locale 150, une seconde étape dans laquelle cette paroi est coupée au niveau de la surépaisseur 150 et la paroi 132 est retirée, et une troisième étape dans laquelle une nouvelle paroi annulaire 132' est soudée au tambour. Dans l'exemple représenté aux figures 3 à 6, la première étape du procédé est illustrée par la figure 3 et la seconde étape est illustrée par la figure 4. Cette seconde étape consiste à couper la paroi 132 au niveau de la surépaisseur 150 de la paroi de révolution 132 endommagée, sensiblement en son milieu et sur tout son pourtour, puis à retirer la paroi 132. La coupe peut être réalisée par tout outil approprié et par exemple par tronçonnage en tournage. La troisième étape du procédé représentée en figure 5 consiste à souder une extrémité axiale 154 d'une nouvelle paroi 132' sur l'extrémité 152 coupée du tambour. Le soudage peut être réalisé par friction inertielle ou par faisceau d'électrons, ou par toute autre technique appropriée. Les soudages par friction inertielle et par faisceau d'électrons sont bien connus de l'homme du métier et ne seront pas décrits dans le détail dans ce qui suit. Dans l'exemple représenté, la nouvelle paroi 132' est une ébauche qui est par la suite usinée pour y former des léchettes 142' et une bride annulaire 134' identique à celles de la paroi 132. L'extrémité 154 à souder de la nouvelle paroi 132' a une épaisseur radiale équivalente à celle de la surépaisseur 150 de façon notamment à supporter les sollicitations thermiques liées au soudage. Après l'opération de soudage, les léchettes 142' et la bride 134' sont usinées, comme indiqué ci-dessus, et les extrémités 152, 154 soudées du tambour et de la paroi 132' sont également usinées pour que leurs épaisseurs radiales soient sensiblement égales à celles du reste de la paroi. En variante, ces extrémités soudées ne sont pas usinées pour qu'elles conservent une épaisseur radiale suffisante afin de pouvoir subir éventuellement de nouvelles opérations de coupe et de soudage, dans le cas où la paroi 132' serait à son tour déformée au bout d'un certain temps d'utilisation. Le tambour peut comporter une ou plusieurs surépaisseurs annulaires 150 du type précité. Une même paroi de révolution du tambour peut en outre comporter deux surépaisseurs 150 distantes l'une de l'autre qui sont destinées à être coupées pour retirer et remplacer la partie de la paroi s'étendant entre ces deux surépaisseurs. Le procédé selon l'invention peut être appliqué à d'autres types de tambour de turbomachine tels qu'un tambour bi-DAM, c'est-à-dire un tambour comportant deux disques aubagés monoblocs coaxiaux reliées l'un à l'autre par une paroi de révolution sensiblement cylindrique ou tronconique. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un tambour de compresseur de turbomachine comprenant au moins deux disques de rotor (120) coaxiaux 5 reliés entre eux et à une bride annulaire (134) coaxiale par des parois de révolution (132) sensiblement cylindriques ou tronconiques, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : - réaliser une de ces parois de révolution, reliée à une bride annulaire, avec une surépaisseur annulaire locale de matière, 10 - puis, quand cette paroi de révolution est déformée après usage, la couper au niveau de la surépaisseur et la retirer, - positionner une nouvelle paroi de révolution (132') à la place de celle retirée, et souder cette nouvelle paroi au tambour. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il 15 consiste à couper la paroi (132) déformée au milieu de la surépaisseur locale (150), et à la remplacer par une nouvelle paroi (132') comportant également une surépaisseur locale. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la nouvelle paroi (132') est soudée au tambour par friction inertielle ou par 20 faisceau d'électrons. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend, avant ou après l'étape de soudage de la nouvelle paroi (132'), une étape consistant à usiner cette nouvelle paroi pour y former des léchettes annulaires externes (142'). 25 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend, après l'étape de soudage, une étape consistant à usiner la zone soudée pour que son épaisseur radiale soit sensiblement égale à celle du reste de la paroi. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, 30 caractérisé en ce que la surépaisseur (150) est située entre des léchettesannulaires externes (142) de la paroi de révolution (132) et un disque de rotor (120). 7. Tambour de compresseur turbomachine, comprenant au moins deux disques de rotor (120) coaxiaux reliés entre eux et à une bride annulaire (134) coaxiale par des parois de révolution (132) sensiblement cylindriques ou tronconiques, caractérisé en ce qu'une desdites parois de révolution, reliée à une bride annulaire, comprend au moins une surépaisseur annulaire locale de matière (150). 8. Tambour selon la revendication 7, caractérisé en ce que la surépaisseur (150) est située entre un disque de rotor et des léchettes annulaires externes (142) formées sur la paroi de révolution. 9. Tambour selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que la surépaisseur (150) a une épaisseur radiale comprise entre 6 et 10 mm environ, l'épaisseur radiale du reste de la paroi (132) étant de l'ordre de 3 mm environ. 10. Tambour selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il est réalisé en titane. 11. Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un 20 tambour de compresseur selon l'une des revendications 7 à 10.