Brevet FR2976314A1 — publié le 20121214

AUBE EN MATERIAU COMPOSITE POUR STATOR DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne une aube en matériau composite pour stator, un procédé de fabrication d'une telle aube, ainsi qu'un stator comportant une telle aube. La présente invention concerne également une turbomachine comportant un tel stator. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEUR Dans les architectures conventionnelles de turbomachine, les compresseurs et les turbines comportent alternativement des aubes mobiles et des redresseurs. Un redresseur, également appelé stator, est généralement constitué d'une virole extérieure qui définit la veine du redresseur, d'aubes qui permettent de redresser l'air dans la veine et d'une virole intérieure permettant de définir une veine intérieure. De manière générale, la virole extérieure est en matériau métallique, par exemple en 15 titane, tout comme les aubes de redresseur, de sorte que les aubes de redresseurs sont fixées à la virole extérieure par soudure. Toutefois, les redresseurs ainsi réalisés sont lourds. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention vise à remédier aux inconvénients de l'état de la technique en proposant 20 une aube pour stator qui présente un poids réduit et qui est facile à fabriquer. Un autre objet de l'invention est de proposer des aubes qui ne risquent pas d'être endommagées lors de leur fixation sur une virole. Pour ce faire, est proposé, selon un premier aspect de l'invention, une aube en matériau composite pour stator, comportant : 25 - Une partie aérodynamique apte à guider un flux ; Un pied de fixation apte à être fixé sur une virole extérieure ; 2 l'aube étant formée par une feuille en matériau composite, une première partie de la feuille en matériau composite formant la partie aérodynamique, une deuxième partie de la feuille en matériau composite étant dédoublée de façon à former deux branches, ces deux branches étant pliées de façon à former le pied de fixation. L'aube selon le premier aspect de l'invention est donc légère, facile à fabriquer, puisqu'elle est réalisée à partir d'une feuille en matériau composite qui est dédoublée en partie. La feuille en matériau composite est de préférence dédoublée dans le sens de son épaisseur. Dans le cas où la feuille en matériau composite est formée de plusieurs couches de fibres empilées les unes sur les autres, ces couches sont de préférence séparées en deux groupes sur une partie de la feuille de façon à former les deux branches. Avantageusement, le matériau composite utilisé pour former la feuille en matériau composite est du 3D tissé carbone. Le pied de fixation s'étend de préférence dans une direction sensiblement perpendiculaire à la direction selon laquelle s'étend la partie aérodynamique. Un autre objet de l'invention est de proposer un procédé simple et peu couteux d'une aube selon le premier aspect de l'invention. Pour ce faire, est proposé, selon un deuxième aspect de l'invention, un procédé de réalisation d'une aube en matériau composite pour stator, l'aube comportant une partie aérodynamique apte à guider un flux et un pied de fixation apte à être fixé sur une virole extérieure, le procédé comportant les étapes suivantes : - Réalisation d'une feuille en matériau composite comportant une première partie conformée de façon à former la partie aérodynamique et une deuxième partie apte à être dédoublée ; - Dédoublement de la deuxième partie en deux branches ; - Pliage des deux branches pour former le pied de fixation. 3 Avantageusement, l'étape de réalisation d'une feuille en matériau composite comporte les étapes suivantes : La préforme de composite est réalisée à partir de fibre de carbone tissées dans deux directions différentes. Elles sont tissées complètement sur l'épaisseur du composite sur la partie aérodynamique de la pale puis tissée en deux éléments distincts lors d'une opération de délié sur la moitié de l'épaisseur du composite afin de créer la partie structurale de la pale Selon un mode de réalisation, les deux branches sont repliées l'une sur l'autre pour former le pied de fixation. Un autre objet de l'invention est de proposer un stator qui présente un poids réduit. Pour ce faire, est proposé selon un troisième aspect de l'invention, un stator comportant : - des aubes en matériau composite, chaque aube comportant un pied de fixation et une tête; - une virole extérieure pourvue d'une coulisse dans laquelle les pieds de fixation sont retenus, la coulisse étant conformée de façon à ce que les pieds de fixation puissent coulisser dans cette coulisse, la virole extérieure étant pourvue d'une fenêtre d'introduction par laquelle les pieds de fixation peuvent être introduits dans la coulisse ; - une virole intérieure sur laquelle sont fixées les têtes des aubes. Le stator ainsi réalisé est particulièrement avantageux car il présente un poids réduit. En outre, le stator ainsi réalisé est rapide et facile à assembler puisque les aubes n'ont plus besoin d'être soudées les unes après les autres à la virole extérieure, mais qu'il suffit de les glisser dans la fenêtre d'introduction et ensuite de les glisser angulairement entre la coulisse et la couronne jusqu'à leur position définitive. En outre, contrairement aux stators de l'art antérieur dans lesquels les aubes sont soudées à la virole extérieure, ce qui génère une fragilisation des aubes, selon l'invention, les aubes sont retenues axialement dans la coulisse, ce qui permet de ne pas les détériorer. 4 En outre, le stator selon l'invention présente l'avantage d'être démontable. En effet, le mode de fixation des aubes à la virole extérieure permet de pouvoir enlever les aubes facilement en cas de besoin, par exemple pour en remplacer une. Le stator selon le troisième aspect de l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-après prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles. Les aubes du stator sont de préférence des aubes selon le premier aspect de l'invention. La virole extérieure et la virole intérieure sont de préférence réalisées en matériau composite de façon à réaliser un gain de poids. Avantageusement, la virole extérieure comporte une couronne et deux rails, la couronne entourant les deux rails. Les deux rails et la couronne sont de préférence concentriques. Ainsi, la coulisse est de préférence formée par l'espace définit entre les deux rails et la coulisse. Avantageusement, la virole extérieure et la virole intérieure présentent une symétrie de révolution autour d'un axe de référence. Dans ce document, on désigne par « axiale » une direction parallèle à cet axe de référence, par « radial » une direction perpendiculaire à cet axe de référence et par « angulaire » une direction suivant le mouvement d'un point en rotation autour de cet axe de référence. Les pieds de fixation sont de préférence retenus axialement et radialement dans la coulisse. En outre, ils sont de préférence immobilisés angulairement lors du fonctionnement du stator. Par contre, lors du montage du stator, les aubes peuvent se déplacer angulairement dans la coulisse de façon à permettre leur mise en place angulaire. Selon un mode de réalisation, la fenêtre d'introduction est réalisée dans la couronne. Dans ce cas, la fenêtre d'introduction s'étend de préférence axialement, c'est-à-dire suivant l'axe de référence. La fenêtre d'introduction présente alors de préférence des dimensions axiales supérieures à la distance axiale entre les deux rails. Chaque pied de fixation 5 présente de préférence des dimensions axiales inférieures à celles de la fenêtre d'introduction, de sorte que les aubes peuvent être introduites par la fenêtre d'introduction. Par ailleurs, chaque pied de fixation présente de préférence des dimensions axiales supérieures à la distance axiale entre les deux rails, de façon à ce que les deux rails retiennent radialement le pied de fixation. Dans ce cas, lors du montage, les aubes sont de préférence introduites depuis l'extérieur de la virole extérieure. La fenêtre d'introduction est de préférence fermée par une plaque de fermeture, de façon à éviter que de l'air traverse la virole extérieure par la fenêtre d'introduction. Avantageusement, la tête de chaque aube est recouverte d'un matériau abradable faisant office de liant entre la virole intérieure et chacune des aubes. La virole intérieure est de préférence pourvue d'au moins un doigt qui pénètre dans le matériau abradable de la tête de chaque aube, de façon à éviter que de l'air passe entre la tête des aubes et la virole intérieure. Selon un autre mode de réalisation, la virole intérieure comporte des logements, la 20 tête de chaque aube étant insérée dans un des logements. Dans ce cas, la fenêtre d'introduction est de préférence réalisée tangentiellement dans la virole extérieure. Les aubes sont alors de préférence d'abord insérées dans la virole intérieure, puis une fois toutes les aubes montées sur la virole intérieure les pieds des aubes sont 25 glissées tangentiellement à travers la fenêtre. Le stator selon l'invention peut également comporter des verrous insérés dans la coulisse et permettant d'immobiliser les aubes angulairement une fois qu'elles sont mises en place. 6 Un quatrième aspect de l'invention concerne une turbomachine comportant un stator selon le troisième aspect de l'invention. BREVES DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description détaillée qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent : - La figure 1, une vue de côté d'une aube selon un mode de réalisation de l'invention ; - Les figures 2a à 2d, des représentations schématiques des différentes étapes d'un procédé selon un mode de réalisation de l'invention ; - La figure 3, une vue en coupe d'un compresseur comportant des stators selon un mode de réalisation de l'invention ; - La figure 4, une vue en perspective d'un stator selon un mode de réalisation de l'invention ; - La figure 5, une vue en perspective des viroles du stator de la figure 4 ; - La figure 6, une vue en perspective agrandie de la fenêtre du stator de la figure 4 ; - La figure 7, une vue de côté de la virole extérieure du stator de la figure 4 ; - La figure 8, une vue en coupe de la virole extérieure du stator de la figure 4 lorsque la fenêtre d'introduction est rebouchée ; - La figure 9, une vue en perspective de la virole extérieure du stator de la figure 4 lorsque la fenêtre d'introduction est rebouchée ; - La figure 10, une vue en perspective d'un stator selon un autre mode de réalisation de l'invention ; - La figure 11, une vue en perspective de la virole extérieure du stator de la figure 10 ; - Les figures 12 à 14, des vues agrandies des aubes du stator de la figure 10. Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de références identiques sur l'ensemble des figures. DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION 7 La figure 1 représente une aube 1 selon un mode de réalisation de l'invention. Cette aube 1 comporte une partie aérodynamique 2 apte à guider un flux, un pied de fixation 3 apte à être fixé sur une virole extérieure et une partie intermédiaire 4 qui fait la liaison entre la partie aérodynamique 2 et le pied de fixation 3. L'aube 1 formée par une feuille en matériau composite, par exemple en 3D tissé carbone. Un procédé de fabrication d'une telle aube 1 est décrit en référence aux figures 2a à 2d. L'aube 1 est réalisée à partir d'une feuille en matériau composite. Cette feuille en matériau composite comporte une première partie 5 conformée de façon à former la partie aérodynamique 2 de l'aube 1 et une deuxième partie 6 apte à être dédoublée. La deuxième partie 6 est dédoublée dans le sens de son épaisseur e, de sorte qu'elle est séparée en deux branches 7 et 8 identiques entre elles. Ces deux branches 7 et 8 sont ensuite repliées l'une sur l'autre comme représenté sur la figure 2c de façon à former le pied de fixation 3 de l'aube 1. Le pied de fixation 3 ainsi réalisé s'étend suivant une direction sensiblement perpendiculaire à la direction suivant laquelle s'étend la partie aérodynamique 2. Plus précisément, pour réaliser ce pied de fixation 3, une des branches, ici la branche 7, est repliée sur elle-même et l'autre branche, ici la branche 8, est repliée autour de la branche 7 pliée. L'aube ainsi réalisée est légère, peu couteuse et résistante. La figure 3 représente un compresseur comportant quatre stators 9 selon un mode de réalisation de l'invention intercalés avec trois rotors 10. Les stators 9 de ce compresseur peuvent être conformes au stator décrit en référence aux figures 4 à 9 ou au stator décrit en référence aux figures 10 à 14. Le stator des figures 4 à 9 comporte des aubes 11 en matériau composite. Chaque aube 11 comporte une partie aérodynamique 12, un pied de fixation 13 et une tête 15. L'aube 11 est de préférence semblable à l'aube 1 décrite en référence à la figure 8 Le stator comporte également une virole extérieure 16 et une virole intérieure 17. La virole extérieure 16 et la virole intérieure 17 sont cylindriques autour d'un axe de référence 18. La virole extérieure 16 et la virole intérieure 17 sont concentriques. La virole extérieure 16 entoure la virole intérieure 17. Les viroles extérieure 16 et intérieure 17 sont de préférence réalisées en matériau composite, par exemple en 3D tissé Carbone mais peuvent également est réalisées en matériaux métallique. La virole extérieure 16 comporte une couronne 19 pourvue d'une fenêtre d'introduction 20 dans laquelle une aube 11 peut être glissée. La virole extérieure 16 comporte également une coulisse 21 agencée de façon à permettre le coulissement des pieds de fixation entre la coulisse et la couronne. La coulisse 21 est de préférence formée par l'espace 23 situé entre la couronne 19 et deux rails 22. En effet, les deux rails 22 sont concentriques avec la couronne 19 et ils définissent avec la couronne 19, un espace 23 situé entre la couronne 19 et les deux rails 22 apte à contenir les pieds de fixation 13 des aubes 11 et à les laisser coulisser angulairement. Pour fixer les aubes 11 entre les viroles extérieure 16 et intérieure 17, chaque aube 11 est insérée depuis l'extérieur de la virole extérieure 16 jusque dans l'espace situé entre la virole extérieure 16 et la virole intérieure 17 en passant par la fenêtre d'introduction 20. Pour cela, la fenêtre d'introduction 20 présente des dimensions axiales supérieures à celles des aubes 11 de sorte que les aubes peuvent passer à travers la fenêtre d'introduction 20. Une fois l'aube 11 introduite par la fenêtre d'introduction 20, le pied de fixation 13 de l'aube 11 est maintenu axialement et radialement dans la coulisse 21. Pour cela, la distance axiale entre les rails 22 est inférieure à la longueur axiale d'un pied de fixation 13 de sorte que les pieds de fixation 13 sont bloqués entre les rails 22 et la couronne 19. Une fois l'aube 11 introduite à travers la fenêtre d'introduction 20, l'aube 11 est poussée, de préférence manuellement, jusqu'à sa position finale. Pour cela, le pied de fixation 13 coulisse angulairement dans l'espace 23 entre les rails 22 et la couronne 19 jusqu'à venir en butée angulaire contre l'aube précédemment montée. 9 Ainsi, les aubes 11 sont mises en place les unes après les autres, sans soudure, de sorte qu'elles peuvent être facilement démontées. En outre ce procédé de montage est simple et il ne détériore pas les aubes. Par ailleurs, la tête 15 de chaque aube 11 est recouverte d'un matériau abradable. La virole intérieure 17 est de préférence pourvue d'au moins un doigt 24 qui pénètre dans le matériau abradable de la tête 15 de chaque aube. Le matériau abradable permet de façon le joint entre les têtes 15 d'aubes et la virole intérieure 17, de sorte que de l'air ne peut pas passer entre les têtes 15 d'aubes et la virole intérieure 17. Par ailleurs, une fois que toutes les aubes 11 sont mises en place, la fenêtre 10 d'introduction 20 est refermée grâce à une plaque de fermeture 25 qui permet d'éviter que de l'air passe à travers la fenêtre d'introduction 20. Comme plaque de fermeture 25, on peut par exemple utiliser un patin de guidage de l'anneau pilotant l'ouverture des vannes de décharge du compresseur HP. Les figures 10 à 14 représentent un autre mode de réalisation du stator selon 15 l'invention. Ce mode de réalisation diffère du mode de réalisation décrit en référence aux figures 4 à 9 en ce que l'introduction des aubes se fait non plus par l'extérieur des viroles, mais par l'intérieur des viroles, comme on va le voir plus précisément ci-après. Le stator de ce mode de réalisation comporte des aubes 11 en matériau composite, 20 chaque aube 11 comportant un pied de fixation 13 et une tête 15. Cette aube 11 est de préférence identique à l'aube décrite en référence à la figure 1 et réalisée à l'aide du procédé décrit en référence aux figures 2a à 2d. Le stator comporte également une virole extérieure 26 pourvue d'une coulisse 31 dans laquelle les pieds de fixation 13 des aubes 11 sont retenus, la coulisse 31 étant 25 conformée de façon à ce que les pieds de fixation 13 puissent se déplacer angulairement dans cette coulisse 31 lors du montage du stator. Le stator comporte également une virole intérieure 27 sur laquelle sont fixées les têtes 15 des aubes. 10 L'assemblage de ce stator est décrit en référence aux figures 11 à 14. Tout d'abord, comme représenté sur la figure 11, les aubes 11 sont montées sur la virole intérieure 27. Pour cela, la virole intérieure 27 est pourvue de logements 29 dans lesquels sont insérées les têtes 15 des aubes. Comme dans le mode de réalisation précédent, pour compléter la fixation des aubes à la virole intérieure, un matériau abradable peut être utilisé. Dans ce cas, le matériau abradable est de préférence disposé sur la surface intérieure 37 de la virole intérieure 27 et sur les têtes 15 des aubes. Le matériau abradable permet ainsi aux aubes 11 et à la virole intérieure 27 de former une seule entité rigide. Une fois les aubes 11 solidarisées avec la virole intérieure 27, les aubes 11 sont solidarisées avec la virole extérieure 26, comme représenté sur les figures 12 à 14. Pour cela, la virole extérieure 26 comporte une couronne 31 et deux rails 32. La couronne 31 entoure les deux rails 32. La couronne 31 et les deux rails 32 sont cylindriques autour d'un axe de référence 33. La couronne 31 et les deux rails 32 sont concentriques. La couronne 31 et les deux rails 32 définissent entre eux un espace 34 qui forme une coulisse 35 et qui est apte à recevoir les pieds de fixation 13 des aubes 11. La coulisse 35 est donc agencée de façon à ce que, une fois que les pieds de fixation 13 sont introduits dans la coulisse 35, les pieds de fixation 13 puissent coulisser angulairement dans la coulisse 35, mais qu'ils soient retenus axialement et radialement. En outre, la virole extérieure 26 est pourvue d'une fenêtre d'introduction 30 qui permet l'introduction des pieds de fixation des aubes dans la coulisse 35. Cette fenêtre d'introduction 30 est formée par une encoche 36 réalisée dans les rails 32. Les pieds de fixation 13 sont donc introduits les uns après les autres dans la coulisse 35 par la fenêtre d'introduction 30. Pour cela, on fait tourner angulairement la virole extérieure 26 par rapport à la virole intérieure 27 jusqu'à ce que tous les pieds de fixation 13 soient engagés dans la coulisse 35. 2976314 n Ensuite, la fixation angulaire de la virole extérieure 26 par rapport à la virole intérieure 27 peut se faire par la dernière aube engagée qui remplira alors complètement l'encoche 36 formée par la fenêtre d'introduction 30. s Naturellement, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits en référence aux figures et des variantes pourraient être envisagées sans sortir du cadre de l'invention. 5 10 15 20 2530 REVENDICATIONS1. Aube (1) en matériau composite pour stator, comportant : - Une partie aérodynamique (2) apte à guider un flux ; - Un pied de fixation (3) apte à être fixé sur une virole extérieure (16, 26); caractérisée en ce que l'aube (1) est formée par une feuille en matériau composite, une première partie (5) de la feuille en matériau composite formant la partie aérodynamique (3), une deuxième partie (6) de la feuille en matériau composite étant dédoublée de façon à former deux branches (7, 8), ces deux branches (7, 8) étant pliées de façon à former le pied de fixation (3). 2. Procédé de réalisation d'une aube en matériau composite pour stator, l'aube (1) comportant une partie aérodynamique (2) apte à guider un flux et un pied de fixation (3) apte à être fixé sur une virole extérieure (16, 26), le procédé comportant les étapes suivantes : - Réalisation d'une feuille en matériau composite comportant une première partie (5) conformée de façon à former la partie aérodynamique (2) et une deuxième partie (6) apte à être dédoublée ; - Dédoublement de la deuxième partie (6) en deux branches (7, 8); - Pliage des deux branches (7, 8) pour former le pied de fixation (3). 3. Stator comportant : - des aubes (11) en matériau composite selon la revendication 1, chaque aube (11) comportant un pied de fixation (13) et une tête (15); - une virole extérieure (16, 26) pourvue d'une coulisse (21, 35) dans laquelle les pieds de fixation (13) sont retenus, la coulisse (21, 35) étant conformée de façon à ce que les pieds de fixation (13) puissent coulisser dans cette coulisse (21, 35), la virole extérieure (16, 26) étant pourvue d'une fenêtre d'introduction (20, 30) par laquelle les pieds de fixation (13) peuvent être introduits dans la coulisse (21, 35); 1013 une virole intérieure (17, 27) sur laquelle sont fixées les têtes (15) des aubes (11). 4. Stator selon la revendication précédente dans lequel la virole extérieure (16, 26) comporte une couronne (19, 31) et deux rails (22, 32), la couronne (19, 31) entourant les deux rails (22, 32). 5. Stator selon la revendication précédente, dans lequel la fenêtre d'introduction (20, 30) est réalisée dans la couronne (19, 31). 6. Stator selon la revendication précédente, dans lequel la tête (15) de chaque aube (11) est recouverte d'un matériau abradable, la virole intérieure (17, 27) étant pourvue d'au moins un doigt (24) qui pénètre dans le matériau abradable de la tête (15) de chaque aube. 15 20 25 7. Stator selon l'une des revendications 5 ou 6, dans lequel la fenêtre d'introduction (20) est fermée par une plaque de fermeture (25). 8. Stator selon la revendication 4, dans lequel la virole intérieure (17) comporte des logements (28), la tête (15) de chaque aube étant insérée dans un des logements (28). 9. Stator selon la revendication précédente, dans lequel la fenêtre d'introduction (30) est réalisée tangentiellement dans la virole extérieure (26). 10. Turbomachine comportant un stator selon l'une des revendications 3 à 9.