Brevet FR2963382A1 — publié le 20120203

Roue de turbine à aubes en composite à matrice céramique La présente invention concerne une roue de turbine pour une turbomachine, cette roue étant du type comprenant un disque portant des aubes en composite à matrice céramique (CMC) dont les pieds sont engagés dans des rainures de la périphérie du disque. Typiquement, chaque aube d'une roue de turbine comprend une pale portée par une plate-forme qui est reliée à un pied par une échasse. Les rainures du disque sont régulièrement réparties autour de l'axe du disque et définissent entre-elles des dents. En position de montage, les plates-formes des aubes sont disposées les unes à côté des autres et sont espacées en direction radiale des dents du disque. Les échasses des aubes sont espacées les unes des autres en direction circonférentielle et définissent entre elles des espaces dans lesquels sont montés des amortisseurs destinés à dissiper l'énergie des vibrations auxquelles sont soumises les aubes en fonctionnement, par frottement sur leurs plates-formes (EP-A1-0 062 558). Un amortisseur de ce type assure également une étanchéité radiale entre les plates-formes des aubes par appui radial vers l'extérieur sur des 20 parties d'extrémité circonférentielles des plates-formes. En fonctionnement, de l'air relativement chaud circule radialement à l'intérieur des plates-formes des aubes et peut passer axialement entre les échasses des aubes et circuler d'amont en aval sur les extrémités radialement externes des dents du disque, ce qui peut les endommager. 25 Dans la technique actuelle, pour résoudre ce problème, les échasses des aubes métalliques sont pourvues à leurs extrémités amont d'ailettes transversales limitant le passage axial d'air chaud dans les espaces inter-échasses. Ces ailettes sont formées d'une seule pièce avec les aubes métalliques. Cependant, dans le cas où la roue de turbine comprend des aubes en CMC, les amortisseurs de la technique actuelle ne peuvent pas être utilisés pour les raisons suivantes. Le matériau CMC est très dur et les amortisseurs (réalisés en matériau métallique moins dur) risque de s'user très rapidement par frottement sur les plates-formes des aubes en CMC. De plus, les aubes en CMC qui sont réalisées par tissage ont des échasses qui ont une forme particulière et qui ne comportent pas d'ailettes du type précité. Les aubes en CMC ne peuvent donc pas assurer l'étanchéité axiale des espaces inter-échasses, et donc la protection thermique des dents du disque. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique aux problèmes de la technique antérieure. Elle a pour objet une roue de turbine dont les amortisseurs assurent la double fonction d'amortissement des vibrations des aubes et d'étanchéité axiale des espaces inter-échasses et donc de protection thermique des extrémités radialement externes des dents du disque, alors que ces fonctions étaient assurées par des éléments distincts dans la technique antérieure, les amortisseurs et les aubes, respectivement. Elle propose à cet effet une roue de turbine pour une turbomachine, comprenant un disque portant des aubes ayant chacune une plate-forme portant une pale et reliée par une échasse à un pied, les pieds des aubes étant engagés dans des rainures de la périphérie du disque et leurs échasses définissant entre elles des espaces de logement d'amortisseurs destinés à frotter sur des faces radialement internes des plates-formes des aubes, caractérisé en ce que les aubes sont réalisées en composite à matrice céramique, et en ce que les amortisseurs sont recouverts d'une couche mince de matériau dur sur au moins une partie de leurs surfaces de frottement sur les plates-formes des aubes, et comprennent des moyens d'étanchéité axiale limitant ou empêchant le passage d'air entre les échasses. Les amortisseurs sont destinés à frotter sur les plates-formes par l'intermédiaire de leurs couches de matériau dur, ce qui limite leur usure et augmente donc leur durée de vie. Les moyens d'étanchéité axiale des espaces inter-échasses sont ici portés par les amortisseurs et non plus par les aubes, ces moyens d'étanchéité assurant une protection thermique des extrémités radialement externes des dents du disque. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque amortisseur comprend à chacune de ses extrémités amont et aval une paroi de déflexion s'étendant sensiblement radialement vers l'intérieur, les extrémités radialement internes de ces parois étant en appui ou affleurant la périphérie du disque. L'amortisseur assure ainsi le rôle de déflecteur et empêche ou limite l'entrée d'air dans l'espace inter-échasses. Chaque amortisseur peut avoir une forme générale en U renversé dont les parties latérales forment les parois de déflexion précitées et sont reliées l'une à l'autre par une partie médiane. La couche de matériau dur précitée recouvre de préférence au moins une partie de la surface radialement externe de la partie médiane de l'amortisseur. Elle peut également recouvrir au moins une partie de la surface radialement externe d'au moins un des déflecteurs. L'amortisseur peut comprendre un corps en alliage métallique, par exemple à base de nickel, et le matériau de sa couche mince peut être à base de cobalt. L'invention concerne également une turbine de turbomachine, comprenant au moins une roue de turbine du type précité. L'invention concerne encore une turbomachine, comprenant au moins une roue de turbine telle que décrite précédemment. L'invention concerne enfin un amortisseur pour une roue de turbine du type précité, caractérisée en ce qu'il a une forme générale en U renversé dont les parties latérales forment des parois de déflexion et sont reliées entre elles par une partie médiane, la surface radialement externe de cette partie médiane étant au moins en partie recouverte d'une couche mince de matériau dur. Cet amortisseur peut comprendre un corps en alliage métallique, par exemple à base de nickel, le matériau de sa couche mince étant à base de cobalt. 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 qui suit faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique partielle en perspective d'une roue de turbine d'une turbomachine, comportant des amortisseurs selon la technique antérieure ; - la figure 2 est une vue schématique partielle en perspective d'une aube de turbine et d'un autre amortisseur selon la technique antérieure ; - la figure 3 est une vue schématique en perspective de l'amortisseur de la figure 2; - la figure 4 est une vue schématique partielle en perspective d'une roue de turbine d'une turbomachine, comportant des amortisseurs selon l'invention ; et - la figure 5 est une vue schématique en perspective de l'amortisseur de la figure 4. On se réfère d'abord à la figure 1 qui représente une roue 10 de turbine d'une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, cette roue 10 comprenant un disque 11 comportant à sa périphérie des rainures 12 sensiblement axiales dans lesquelles sont engagés des pieds 13 d'aubes de rotor 9. Les pieds d'aubes 13 sont ici du type à section en sapin, les rainures 12 du disque 11 ayant des formes complémentaires de celles des pieds d'aube et définissant entre elles des dents 14. Chaque aube 9 comprend une pale 15 reliée à son extrémité radialement interne à une plate-forme 16, qui est elle-même reliée à un pied 13 par une échasse 17. En position de montage, comme cela est visible en figure 1, les plates-formes 16 de deux aubes 9 consécutives sont écartées en direction circonférentielle l'une de l'autre et en direction radiale de la périphérie du disque. Les échasses 17 des aubes sont écartées en direction transversale les unes des autres et définissent entre elles des espaces inter-échasses dans lesquels sont montés des amortisseurs 18. Chaque amortisseur 18 est formé d'une pièce emboutie en tôle. Il a une forme de gouttière avec deux flancs sensiblement parallèles et reliés à leurs extrémités radialement externes par un fond dont la surface radialement externe est destinée à frotter sur les plates-formes 16 des aubes 9 situées directement radialement à l'extérieur, pour dissiper les vibrations auxquelles ces aubes sont soumises en fonctionnement. Cet amortisseur 18 assure également une étanchéité radiale au niveau du jeu circonférentiel entre les plates-formes 16 des aubes 9, par appui radial vers l'extérieur sur ces plates-formes. Les amortisseurs 18 de la figure 1 ont leurs extrémités amont et aval ouvertes et de l'air peut circuler en fonctionnement axialement d'amont en aval à l'intérieur de l'amortisseur et lécher les extrémités radialement externes des dents 13 du disque. Cet air qui est relativement chaud peut endommager les dents 13 du disque. Les figures 2 et 3 représentent un autre amortisseur 19 de la technique antérieure, cet amortisseur 19 comportant à ses extrémités amont et aval des ouvertures 20 axiales de plus petites dimensions. Cet amortisseur 19 est destiné à être monté dans l'espace inter- échasses de deux aubes 21 du type de celle représentée en figure 2. Les échasses 22 de ces aubes 21 comportent à leurs extrémités 30 amont des ailettes transversales 23 destinées à s'étendre en amont des ouvertures amont 20 précitées des amortisseurs 19 pour limiter le passage d'air en direction axiale entre les échasses des aubes. L'ailette 23 qui s'étend d'un côté de l'échasse 22 d'une aube 21 s'étend en amont d'une partie latérale de l'ouverture 20 d'un amortisseur 19, dont l'autre partie latérale est recouverte par l'ailette de l'échasse d'une aube adjacente. Cependant, les amortisseurs 18, 19 décrits dans ce qui précède ne peuvent pas être utilisés dans une roue de turbine comportant des aubes en CMC car ces aubes ne comportent pas d'ailettes d'étanchéité du type précité, et parce qu'ils s'useraient trop rapidement par frottement sur le matériau CMC. L'invention permet de remédier à ce problème grâce à un amortisseur recouvert au moins en partie d'une couche mince de matériau dur, et comportant au moins une paroi de déflexion destinée à empêcher ou limiter le passage d'air axialement dans l'espace inter-échasses. Dans l'exemple des figures 4 et 5, l'amortisseur 30 a une forme générale en U renversé dont les branches ou parties latérales sont formées par des parois de déflexion 31. Les flancs 32 de cet amortisseur sont ouverts pour l'alléger. L'amortisseur 30 a une forme allongée en direction axiale et épouse les formes des échasses 33 entre lesquelles il est monté. Cet amortisseur 30 a de plus en section une forme sensiblement en U renversé. La surface radialement externe de l'amortisseur 30, qui est destinée à venir en appui et frotter sur les faces internes des plates-formes 34 des aubes 35, est recouverte d'une couche mince 36 de matériau dur, tel qu'un matériau à base de cobalt. L'amortisseur 30 peut comprendre un corps en tôle métallique, par exemple à base de nickel. En position de montage, l'amortisseur 30 prend appui en direction radiale par les extrémités radialement internes 37 de ses parois de déflexion 31 sur une dent du disque, qui est masqué en figure 4 par un flasque amont 38. En fonctionnement, du fait des forces centrifuges, l'amortisseur 30 est sollicité radialement vers l'extérieur et vient en appui et frotter par sa couche mince 36 sur les faces internes des plates-formes 34 de deux aubes 35 consécutives, pour dissiper l'énergie de leurs vibrations et assurer également une étanchéité radiale entre ces plates-formes. L'amortisseur 30 reste en appui sur la dent du disque ou affleure cette dent pour limiter ou empêcher le passage d'air entre les échasses 33. REVENDICATIONS1. Roue de turbine pour une turbomachine, comprenant un disque portant des aubes (35) ayant chacune une plate-forme (34) portant une pale et reliée par une échasse (33) à un pied, les pieds des aubes étant engagés dans des rainures de la périphérie du disque et leurs échasses définissant entre elles des espaces de logement d'amortisseurs (30) destinés à frotter sur des faces radialement internes des plates-formes des aubes pour dissiper leurs vibrations, caractérisé en ce que les aubes sont réalisées en composite à matrice céramique, et en ce que les amortisseurs sont recouverts d'une couche mince (36) de matériau dur sur au moins une partie de leurs surfaces de frottement sur les plates-formes des aubes, et comprennent des moyens (31) d'étanchéité axiale limitant ou empêchant le passage d'air entre les échasses. 2. Roue de turbine selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque amortisseur (30) comprend à chacune de ses extrémités amont et aval une paroi de déflexion (31) s'étendant sensiblement radialement vers l'intérieur, les extrémités radialement internes de ces parois étant en appui sur ou affleurant la périphérie du disque. 3. Roue selon la revendication 2, caractérisée en ce que chaque amortisseur (30) a une forme générale en U renversé dont les parties latérales forment les parois de déflexion (31) et sont reliées l'une à l'autre par une partie médiane. 4. Roue selon la revendication 3, caractérisée en ce que la couche (36) précitée de matériau dur recouvre au moins une partie de la surface radialement externe de la partie médiane de l'amortisseur (30). 5. Roue selon la revendication 4, caractérisée en ce que la couche (36) précitée de matériau dur recouvre au moins une partie de la surface radialement externe d'au moins une des parois de déflexion (31). 6. Roue selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'amortisseur (30) comprend un corps en alliage métallique, parexemple à base de nickel, et le matériau de sa couche mince est à base de cobalt. 7. Turbine de turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une roue de turbine selon l'une des revendications précédentes. 8. Turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une roue de turbine selon l'une des revendications 1 à 6. 9. Amortisseur (30) pour une roue de turbine selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il a une forme générale en U renversé dont les parties latérales forment des parois de déflexion (31) et sont reliées l'une à l'autre par une partie médiane, la surface radialement externe de cette partie médiane étant au moins en partie recouverte d'une couche mince (36) de matériau dur. 10. Amortisseur selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend un corps en alliage métallique, par exemple à base de nickel, le 15 matériau de sa couche mince étant à base de cobalt.