Brevet FR2984949A1 — publié le 20130628

PROCEDE DE REDUCTION DE CORROSION DES REVETEMENTS ABRADABLES SUR CARTER DE TURBINE A GAZ ET ENSEMBLE CARTER-AUBAGE CORRESPONDANT DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE [0001]L'invention se rapporte à un procédé de réduction de la corrosion dans des revêtements abradables disposés sur le carter d'une turbine à gaz d'aéronef. L'invention se rapporte également à un ensemble carter et aubage mobile, en particulier de turbine à gaz, qui correspond à la mise en oeuvre de ce procédé. La réduction de la corrosion grâce à l'invention est avantageusement significative, c'est-à-dire qu'elle peut aller jusqu'à empêcher sa formation. [0002] L'invention s'applique en particulier aux turbomachines dans le domaine de l'aéronautique. Elle s'applique également dans tout domaine - automobile, machines-outils, etc - où des parois mobiles ont des extrémités susceptibles de frotter contre des surfaces fixes intégrant des zones dites abradables. Ces zones ont pour fonction de s'user préférentiellement pour conserver sensiblement intact les bords de contact des surfaces mobiles. [0003] Dans le cas des turbines à gaz, les carters de soufflante et de compresseur forment des stators comportant des surfaces annulaires composées de secteurs jointifs. Ces anneaux entourent des rotors, formés d'ensembles d'aubes, dits aubages, traversés par des flux d'air ou de gaz de combustion pour fournir de l'énergie de propulsion ou de transmission mécanique. [0004] Pour conserver le meilleur rendement possible, il est nécessaire de limiter au maximum les fuites d'air ou de gaz entre les sommets des aubes et les surfaces fixes en regard, ces fuites faisant chuter l'efficacité de la turbomachine. Pour éviter ces fuites, les jeux entre les sommets des aubes et les surfaces en regard sont minimisés par un rodage préliminaire, mais ce rodage n'empêche pas des contacts ultérieurs de se produire. [0005] Or les matériaux des carters - alliages à base d'acier, de titane ou d'aluminium, ou matériaux composites - sont de dureté élevée, si bien que les contacts avec les extrémités relativement minces des aubes peuvent provoquer des pertes de matière en ces extrémités et donc créer des fuites. Afin de remédier à ce problème tout en conservant des jeux aussi faibles que possible, les surfaces des anneaux des stators intègrent une couche de revêtement abradable formant une piste annulaire afin d'éviter toute usure ou dégradation des sommets des aubes. [0006] Les matériaux abradables sont en général à base d'aluminium ou de cuivre. Ils ont avantageusement une structure friable et peuvent comporter une phase porogène et/ou à faible résistance. ÉTAT DE LA TECHNIQUE [0007] L'invention se rapporte plus précisément au phénomène d'oxydation corrosive développée par les matériaux abradables dans le contexte présenté ci-dessus. Ces matériaux abradables sont en effet sensibles à la corrosion apportée par la pollution atmosphérique, par la rétention d'eau et la présence d'autres matériaux de potentiels électrochimiques différents. En particulier, les couches d'abradables sont fixées sur des sous-couches d'adhérence en matériaux à base de nickel, chrome, cobalt, aluminium ou équivalent. Cette corrosion, qui dégrade l'abradable, est nuisible pour le rendement de la turbomachine car il augmente le phénomène de fuite puisque l'abradable peut s'exfolier. Par la suite, une couche significative d'abradable peut être enlevée ce qui augmente fortement les jeux dans la ou les zones de corrosion. [0008] Pour lutter contre cette corrosion, il a été proposé de recourir à des abradables en alliages spéciaux, contenant par exemple des alliages à base d'aluminium, de nickel ou de cobalt. [0009]D'autres solutions consistent à supprimer les causes de l'oxydation : drainer l'eau ou étanchéifier le matériau (enduits ou vernis isolants), intégration d'inhibiteurs de corrosion (anodique ou cathodique), remplacer les matériaux abradables habituels par un matériau moins sensible à la corrosion, par exemple un matériau à base de silicone, modifier la surface du matériau par électrochimie, ou utiliser une sous-couche isolante pour limiter l'effet galvanique. [0010]Ces solutions ne sont pas satisfaisantes : elles sont soit peu efficaces, soit coûteuses, soit elles risquent de dégrader les propriétés du matériau abradable (adhérence, cohésion, efficacité, érosion, etc.), soit elles risquent de générer des particules lors des contacts rotor-stator qui peuvent conduire à des phénomènes indésirables dans d'autres parties du moteur. Cet inconvénient est amplifié lorsqu'un matériau à base de silicone est utilisé comme couche de revêtement. EXPOSÉ DE L'INVENTION [0011]L'invention vise à s'affranchir de ces inconvénients, en particulier elle vise à apporter une solution fiable, hautement efficace pour un coût modéré. Pour ce faire, il a été remarqué que la corrosion est initiée en général en bordure de la couche d'abradable. En utilisant un matériau insensible à la corrosion dans ces zones, la corrosion est alors endiguée de façon significative tout en conservant par ailleurs les effets du matériau abradable d'origine. [0012]Plus précisément, la présente invention a pour objet un procédé de réduction de corrosion dans un revêtement abradable en alliage métallique intégré dans un substrat de carter de turbine à gaz. Ce revêtement forme une piste sur une largeur de secteur annulaire de stator, en regard des extrémités de pales ou aubes d'un rotor, les extrémités d'aubes/pales et la piste étant positionnées avec un jeu minimisé. Selon le procédé, un matériau abradable à base de composition minérale non déflagrante est intégré en bordure de la piste de sorte que la portion de ce matériau à base de composition minérale, située en regard d'une zone de contact éventuel avec les aubes/pales, reste au plus marginale par rapport à une zone de contact potentiel principale entre les aubes/pales et la largeur de la piste. [0013]Dans ces conditions, le matériau minéral empêche significativement l'initialisation de la corrosion dans le revêtement abradable sans 30 générer de volume important de particules - du fait de son positionnement en marge qui limite sensiblement le contact avec le rotor - particules qui pourraient nuire au bon fonctionnement de la turbomachine. Par ailleurs, l'efficacité du revêtement abradable est conservée dans la zone principale de contact potentiel. [0014] Selon des particularités avantageuses : - l'intégration de matériau minéral est effectuée d'un seul côté de la piste de revêtement abradable ou des deux côtés de la piste ; - le dépôt de matériau minéral est effectué uniquement en zone basse d'intégration au plus près des extrémités d'aubes/pales, la piste de revêtement initiale se prolongeant en zone haute ; - l'intégration du matériau abradable minéral peut être effectuée manuellement ou par injection. [0015] L'invention se rapporte également à un carter, le carter formant un anneau de stator, en particulier de turbine à gaz d'aéronef, et intégrant, dans une face interne, un revêtement abradable en alliage métallique. Ce revêtement forme une piste de secteur annulaire, limitée par deux bords, et pouvant être positionnée en regard des extrémités des aubes d'un rotor avec un jeu minimisé. La piste de revêtement abradable à base métallique est accolée le long d'au moins l'un de ses bords à un cordon de matériau abradable à base d'une composition minérale non déflagrante, de sorte que le(s) cordon(s) est sont apte(s) à pouvoir rester au plus marginalement en regard des extrémités des aubes et que la piste reste en regard de ces extrémités. [0016] Selon des modes de réalisation préférés : - la composition minérale non déflagrante est une composition à base de résine de silicone ; - la piste principale est accolée sur chacun de ses bords par un cordon de matériau abradable de composition minérale ; - le substrat de carter étant fixé par une bride/attache de capot moteur, un seul cordon de matériau à base de composition minérale est intégré contre le bord franc de la piste situé plus près de la bride que l'autre bord de la piste ; - la largeur de chaque cordon est 5 à 100 fois plus faible que la largeur de la piste. [0017]L'invention se rapporte également à un matériau abradable composé d'une piste principale à base d'alliage métallique bordée par deux cordons à base de composition minérale apte à être intégré dans un substrat de carter défini ci-dessus. PRÉSENTATION DES FIGURES [0018]D'autres données, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description non limitée qui suit, en référence aux figures annexées qui représentent, respectivement : - la figure 1, une vue partielle éclatée d'un turboréacteur double flux et double corps avec un rotor de compresseur multi-étage ; - la figure 2, une vue frontale du compresseur de la figure 1 comportant des étages d'aubages fixes et mobiles ainsi qu'un carter de logement ; - la figure 3, une vue frontale d'un exemple d'un ensemble carter et aubage selon l'invention ; et - la figure 4, une vue agrandie d'un exemple d'ensemble selon la figure 3 dans une variante de configuration. DESCRIPTION DÉTAILLÉE [0019]Dans cette description, des signes de référence identiques désignent des éléments identiques ou semblables avec une fonction identique. Les signes de références se rapportent à des éléments définis dans les passages correspondants de la présente description. [0020] En référence à la vue partielle éclatée de la figure 1, le turboréacteur 100 comporte une soufflante 110 composée de pales 111 suivie, dans le sens de déplacement des flux d'air F1, d'étages d'aubages mobiles 120 composés d'aubes 121 montés sur des disques 122. Les étages d'aubages de la turbine ne sont pas représentées pour ne pas sur charger la figure. Les aubages mobiles ou rotors 120 forment les étages d'un compresseur 12. Les pales 111 et les aubes 121 ont des extrémités 1a et 2a logés dans un carter annulaire, tel que celui illustré sous la référence 130 en figure 2. [0021] L'invention concerne les contacts entre ces extrémités 1 a, 2a et le carter de logement correspondant. Les exemples qui suivent se rapportent aux contacts potentiels des extrémités 2a des aubes mobiles 121 mais l'invention s'applique également et directement aux contacts des extrémités 1a des pales 111 de la soufflante 110 ou aux contacts des extrémités des pales des étages de turbine du turboréacteur. [0022]Comme cela apparaît plus précisément sur le compresseur 12 de la figure 2, les aubes 141 d'aubages fixes 140 sont montées solidairement sur le carter 130 pour redresser le flux d'air F1 entre deux rotors 120 d'aubes mobiles 121. Le carter 130 est monté sur un capot moteur (non représenté) à l'aide de brides 150 formant des stators. [0023] Des pistes de secteurs annulaires 200, en matériau abradable à base d'aluminium sont intégrées dans le carter 130, en regard des extrémités 2a des aubes mobiles 120. Les jeux entre ces extrémités 2a et les pistes 200 sont ajustés au minimum pour éviter toute perte de rendement. [0024] La figure 3 montre selon une vue frontale agrandie, le positionnement entre une piste 200 de matériau abradable et une aube mobile 120 en regard. Cette piste 200 est intégrée au carter 130 et fixée par adhérence avec une sous-couche 135 à base d'un alliage de nickel, elle-même solidarisée à un substrat 131 du carter 130. Un prolongement de ce substrat est attaché à la bride 150. Cette bride assure aussi la fixation d'autres substrats 131. D'autres attaches intermédiaires 151 sont également prévues. [0025] L'écart El entre l'extrémité d'aube 2a et la piste 200 définit le jeu entre ces pièces. Ce jeu étant ajusté au minimum, des frottements sont susceptibles de se produire entre le substrat de carter 131 et l'extrémité d'aube 2a. Dans ce cas, la piste 200 est érodée préférentiellement. La piste 200 est accolée, en bordure de chacun de ses côtés ou bords 201 et 202, par des cordons 210 et 211 d'une résine également abradable à base de silicone. [0026] Ces cordons 210 et 211 sont disposés en bordure de la piste 200, précisément aux endroits où la concentration des contraintes mécaniques, la rétention d'eau et la proximité d'autres matériaux de potentiels électrochimiques suffisamment différents, comme celui de la sous-couche 135, sont susceptibles de générer de la corrosion avec un matériau abradable à base métallique, comme un alliage d'aluminium dans l'exemple. En effet, si un tel matériau se trouvait à la place des cordons 210 ou 211, en particulier au plus près de la bride 150, la corrosion se propagerait dans ce matériau à partir de ces endroits critiques, en particulier du fait de I concentration des contraintes mécaniques. [0027] Les largeurs 20L et 21L des cordons 210 et 211 sont calculées pour que ces cordons - tel que le cordon 210 - ne se trouvent pas en regard de l'extrémité d'aube 2a ou - tel que le cordon 211 - avec une zone de contact éventuel de largeur 2X suffisamment faible pour que l'usure du cordon correspondant reste marginale par rapport à la zone de contact potentiel définie à partir de la largeur 10L de la piste 200. De plus, les largeurs des cordons sont sensiblement inférieures à la largeur 10L de la piste 200, de l'ordre de 10 fois dans les exemples illustrés. [0028] En variante, la figure 4 montre une configuration dans laquelle les deux cordons 220 et 221, accolés aux côtés ou bords 203 et 204 de la piste 205, ne se trouvent pas en vis-à-vis de l'extrémité d'aube 3a. Cette extrémité 3a se trouve totalement en regard de la piste 205 et définit la zone de contact potentiel par sa largeur 30L. Le cordon 220 est en extrémité libre et le substrat de carter 132 présente une terminaison 13 en double coude du fait de l'encombrement. [0029] En référence aux figures 3 et 4, les cordons 211 et 220 sont intégrés en bord franc sur le côté à angle droit, respectivement 202 et 203, des pistes 200 et 205 situé au plus près de la bride 150 ou de l'attache 151, qui serait en principe le plus sujet à la corrosion du fait des contraintes générées par ces moyens de fixation. [0030] L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés. Ainsi, les matériaux abradables des cordons de composition minérale insensibles à la corrosion peuvent être à base de gel, de polymères organiques ou d'élastomères appropriés. Des cordons peuvent également être insérés dans d'autres endroits où les risques d'apparition de corrosion d'abradables ne sont pas négligeables du fait de la condensation d'eau par exemple. REVENDICATIONS1. Procédé de réduction de corrosion dans un revêtement abradable en alliage métallique intégré dans un substrat (131, 132) de carter (130) de turbine à gaz, ce revêtement formant une piste (200, 205) sur une largeur (10L, 30L) de secteur annulaire de stator (120), en regard des extrémités (la, 2a, 3a) de pales (111) ou aubes (121) d'un rotor (120), les extrémités d'aubes/pales (la, 2a, 3a) et la piste (200, 205) étant positionnées avec un jeu minimisé (El), ce procédé est caractérisé en ce qu'un matériau abradable (210, 211, 220, 221) à base de composition minérale non déflagrante est intégré en bordure (201 à 204) de la piste (200, 205) de sorte que la portion de ce matériau à base de composition minérale (210, 211, 220, 221), située en regard d'une zone de contact éventuel (2X) avec les aubes/pales (la, 2a, 3a), reste au plus marginale par rapport à une zone de contact potentiel principale définie entre les aubes/pales et la largeur (10L, 30L) de la piste (200). 2. Procédé de réduction selon la revendication 1, dans lequel l'intégration de matériau minéral (210, 211, 220, 221) est effectuée d'un seul côté (202, 203) de la piste de revêtement abradable (200, 205) ou des deux côtés (201 à 204) de la piste (200, 205). 3. Procédé de réduction selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel le dépôt de matériau minéral (210, 211, 220, 221) est effectué uniquement en zone basse d'intégration au plus près des extrémités d'aubes/pales (1a, 2a, 3a), la piste de revêtement initiale se prolongeant en zone haute. 4. Procédé de réduction selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'intégration du matériau abradable minéral (210, 211, 220, 221) peut être effectuée manuellement ou par injection. 5. Carter (130) formant un anneau de stator, en particulier de turbine à gaz, et intégrant, dans un substrat (131), un revêtement abradable en alliage métallique formant une piste (200, 205) de secteur annulaire, limitée par deux bords (201 à 204) et pouvant être positionnée en regard des extrémités (1a, 2a, 3a) des aubes/pales (111, 121) d'un rotor (110, 120) avec un jeu minimisé (El), caractérisé en ce que la piste de revêtement abradable à base métallique (200,205) est accolée le long d'au moins l'un de ses bords (201 à 204) à un cordon (210, 211, 220, 221) de matériau abradable à base d'une composition minérale non déflagrante, de sorte que le(s) cordon(s) sont aptes à pouvoir rester au plus marginalement en regard des extrémités (1a, 2a, 3a) des aubes/pales (121, 111) et que la piste (200, 205) est (sont) apte(s) à pouvoir rester en regard de ces extrémités (1a, 2a, 3a). 6 Carter selon la revendication précédente, dans lequel la composition minérale non déflagrante est une composition à base de résine de silicone. 7. Carter selon la revendication 5 ou 6, dans lequel la piste (200, 205) est accolée sur chacun de ses bords (201 à 204) par un cordon de matériau abradable de composition minérale (210, 211 ; 220, 221). 8. Carter selon la revendication 5 ou 6 dans lequel, le substrat de carter (131) étant fixé par une bride/attache (150, 151) de capot moteur, un seul cordon (211, 220) de matériau à base de composition minérale est intégré contre le bord franc (202, 203) de la piste (200, 205) situé plus près de la bride/attache (150, 151) que l'autre bord (201, 204) de la piste (200, 205). 9. Carter selon la revendication précédente, dans lequel la largeur (20L, 21L) de chaque cordon (210, 211, 220, 221) est 5 à 100 fois plus faible que la largeur (10L, 30L) de la piste. 10. Matériau abradable composé d'une piste principale à base d'aluminium bordée par deux cordons à base de composition minérale apte à être intégré dans un substrat de carter conformément à l'une des revendications 5 à 9.25