Brevet FR2989993A1 — publié le 20131101

Domaine de l'invention La présente invention concerne le domaine des turbomachines, plus particulièrement celui des aubes de stator, tels que les redresseurs à calage variable. Art antérieur Parmi les turbomachines, les moteurs à turbine à gaz comprennent un ou plusieurs rotors, chacun avec un compresseur et une turbine reliés par un arbre. Dans un turbomoteur multiflux et multicorps l'air primaire circule à travers la soufflante et le compresseur à basse pression en entrée puis à travers le compresseur à haute pression, la chambre de combustion et les turbines entraînant les compresseurs avant d'être éjecté par la tuyère dans l'atmosphère. La figure 1 montre partiellement un compresseur 100 axial à haute pression d'un moteur à double flux et double corps. Le tambour rotatif 101 comporte plusieurs étages successifs de compression, chacun avec des aubes 103 disposées de manière à former une roue d'aubes. Les aubes mobiles s'étendent radialement entre le tambour 101 et le carter extérieur 107 qui délimitent ensemble l'enveloppe de la veine d'air traversant le compresseur. Entre chaque étage de roue mobile est disposée une roue d'aubes 110 de stator formant des redresseurs de flux d'un étage à l'autre. Les premiers étages de redresseurs, ici deux visibles sur la figure, sont à angle de calage variable afin de permettre une adaptation de la géométrie des aires de passage aux conditions de fonctionnement du moteur. Les aubes de redresseur à angle de calage variables s'étendent radialement entre l'enveloppe 107 et le tambour 101. Elles comprennent à leur extrémité extérieure une plateforme 115 et un pivot 117. Ce dernier traverse la paroi de l'enveloppe et est relié par un levier à un anneau de commande transversal 120. La rotation de l'anneau autour de l'axe de la machine commande la rotation des redresseurs autour de l'axe de leur pivot. A l'intérieur vers l'axe de la machine, les aubes sont reliées entre elles par un anneau 122 comportant des organes d'étanchéité coopérant avec des moyens complémentaires sur le tambour. La rotation de l'aube par rapport à l'anneau d'étanchéité 122 est permise par le pivot 119 qui prolonge la pale 113, une platine 116 intérieure entre la pale 113 et le pivot 119 assurant la continuité de la veine. On a constaté que la zone de transition entre la platine intérieure et la pale était soumise à un chargement statique important et que des criques étaient susceptibles d'être initiées dans cette zone lorsque la pièce était soumise à un chargement dynamique. Dans le but de réduire les contraintes statiques et d'augmenter corrélativement le niveau de contrainte dynamique admissible, sur des pièces existantes pour en améliorer la résistance à la fatigue, un usinage apparaît nécessaire. Exposé de l'invention Le présent déposant s'est fixé comme objectif d'améliorer la résistance mécanique d'une aube de stator à calage variable et en particulier de la résistance dans la zone de transition entre la platine intérieure et la pale. Le présent déposant s'est également fixé comme objectif de ne pas dégrader les propriétés aérodynamiques de la pale, notamment de ne pas entraîner de fuite d'air qui serait susceptible de survenir du fait de la mise en oeuvre des moyens visant à l'amélioration des propriétés de résistance mécanique. C'est ainsi que conformément à l'invention, l'aube statorique de turbomachine à angle de calage variable comprenant une platine et un pivot dans le prolongement de la pale de l'aube, la pale et la platine étant monobloc, est caractérisée par le fait qu'elle comprend une rainure de décharge des contraintes, qui chevauche la platine et la pale. Conformément à une caractéristique la rainure est usinée sur l'une des faces seulement de la pale de manière à ne pas traverser la pale d'une face à l'autre. Par l'invention, on obtient une aube dont les contraintes mécaniques statiques sont abaissées grâce à une répartition des contraintes résultant d'un plus grand rayon de raccordement des surfaces et de la suppression des arêtes. En outre, la disposition de la rainure n'affecte en rien les propriétés aérodynamiques de la pale. De préférence, la rainure est droite, ce qui permet un usinage simple et direct. Avantageusement la direction de la rainure est inclinée par rapport à l'axe du pivot. Elle est ainsi de faible longueur et on évite ainsi d'entamer la pale dans son épaisseur. Conformément à une autre caractéristique, le fond de la rainure est à section en arc de cercle, ce qui conduit à une répartition optimale des contraintes. L'invention s'applique en particulier à la zone de raccordement entre la platine et la partie de la pale située vers le bord de fuite. Notamment elle s'applique aux aubes comprenant une partie de la pale située du côté du bord de fuite qui déborde de la platine. L'invention vise ainsi une aube formant un redresseur de compresseur. L'invention ne s'applique pas seulement aux aubes en fabrication mais aussi aux aubes existantes pour lesquelles la transformation est relativement simple, par usinage. Le procédé pour améliorer la résistance mécanique d'une aube de stator à calage variable présentant une pale et une platine avec une zone de transition entre la pale et la platine, comprend l'usinage d'une entaille dans la zone de transition de manière à obtenir une aube présentant les caractéristiques exposées ci-dessus. Brève description des figures On décrit maintenant plus en détail l'aube de l'invention selon un mode de réalisation présenté à titre d'exemple non limitatif, la description étant faite en référence aux dessins joints en annexe et sur lesquels - La figure 1 est une vue partielle en demi-coupe axiale d'un compresseur de turboréacteur auquel s'applique l'invention ; - La figure 2 est une vue en perspective depuis l'aval, montrant une aube de stator à angle de calage variable dont l'axe est inclinée vers l'amont ; - La figure 3 est une vue depuis l'aval et en perspective de l'aube dans la zone de transition sans aucune rainure de décharge des contraintes ; - La figure 4 est une vue agrandie de la zone de transition de la figure 2; - La figure 5 est, sous un angle différent de celui de la figure 4, une autre vue de la zone de transition avec la rainure usinée. - Les figures 6 et 7 sont des diagrammes représentant la répartition des contraintes dynamiques et leur niveau l'une pour une aube de géométrie de base sans rainure et l'autre pour une aube sur laquelle on a ménagé une rainure selon l'invention. - La figure 8 est un graphique montrant la capacité vibratoire des pales de base et avec un usinage arrondi pour différents modes. Description détaillée d'un mode de réalisation L'aube 1 de stator à angle de calage variable représentée sur la figure 2 correspond à celles qui composent les deux premiers étages du compresseur axial présenté sur la figure 1. Elle comprend une pale 3 avec une platine intérieure 6 et une plateforme extérieure 5. Les plateformes sont conformées pour être logées dans des cavités ménagées respectivement dans l'anneau intérieur d'étanchéité et dans l'enveloppe interne du carter. Les surfaces des plateformes du côté de la pale sont dans la continuité des parois délimitant la veine d'air. Les plateformes sont circulaires car elles doivent pouvoir tourner autour de l'axe défini par les pivots 7 et 9, l'un à l'extrémité extérieure de l'aube, l'autre à l'extrémité intérieure, au-delà de la plateforme 5 et de la platine 6. Le pivot 7 est prolongé par un ergot auquel est attaché le levier d'actionnement en rotation de l'aube 1, non représenté. Les figures 4 et 5 montrent, sous deux angles différents, l'aube de la figure 2 agrandie dans la zone de transition platine et pale. La partie de la pale 3 qui est située à proximité du bord de fuite BF n'est pas attachée à la platine 6. Elle est en surplomb par rapport à cette dernière avec une face 30. On distingue une arête 31 le long du bord intérieur de l'intrados, et une arête 33 le long du bord intérieur de l'extrados. Les deux arêtes délimitent la face 30. Une rainure 10 a été usinée dans la zone de transition entre la platine 6 et la pale 3. On en voit le contour sur la figure 4. Ce contour délimite la surface d'intersection entre par exemple un outil d'usinage cylindrique et la zone de transition disposé selon l'axe XX. L'axe XX de la rainure 10 est rectiligne est incliné par rapport à l'axe de rotation du pivot 9. La figure 5 représente la rainure 10 vue selon l'axe XX de cette manière on voit bien qu'elle la forme de la section transversale de la rainure. Cette forme est circulaire au moins la partie de fond de la rainure. La rainure 10 a ainsi été taillée en partie 10a dans la platine 6 et en partie 10b dans la pale 3 et chevauche la zone de transition. La rainure débouche d'une part dans la paroi latérale de la platine et d'autre part dans la face 30 de la portion en surplomb de la pale. La partie de la zone de transition dans laquelle se concentrent les contraintes est remplacée par la rainure. L'angle que forme la direction XX de l'outil avec l'axe de rotation de l'aube est choisi de manière à avoir à enlever le moins de matière possible dans l'épaisseur de la pale. Il est, dans le cas présent, de 53°± 50 afin de tenir compte des tolérances de fabrication et de la réduction de contrainte recherchée. De même, le diamètre de l'arrondi du fond de rainure et la profondeur de celle-ci sont choisis pour obtenir le meilleur résultat possible compte tenu de l'affaiblissement mécanique qu'ils induisent. Par exemple, Ils étaient dans le cas présenté ici de 8mm ± 0,3mm et 1,43mm ±0,3mm respectivement. On voit sur la figure 3 la zone de transition 63' d'une aube de même profil que celle des figures, 2, 4 et 5 mais sans rainure. La platine 6' et la pale3' se rejoignent le long de cette zone 63' qui a été arrondie en fabrication mais sur laquelle subsiste la zone d'intersection triple C entre la zone de transition 63', la paroi de la platine et l'arête 31' entre la paroi intrados et la face intérieure 30'. Le diagramme de la figure 6 montre un niveau élevé de contraintes dynamiques concentrées dans cette zone C. Sur la figure 7 qui correspond à aube sur laquelle une rainure arrondie a été ménagée, les contraintes dynamiques sont plus faibles car mieux réparties. Ces niveaux de contraintes sont issus de calculs dynamiques et démontrent que pour un même mode et même niveau d'excitation, les niveaux de contraintes dynamiques diminuent fortement et comparativement au niveau de contrainte statique (même type de sollicitation locale de la zone) En résumé l'apport de l'invention est de permettre une réduction des contraintes statiques jusqu'à 20% en raison de la meilleure répartition des contraintes résultant des plus grands rayons de raccordement des surfaces et à la suppression des arêtes. La capacité vibratoire de la pale est multipliée par quatre, comme on le voit sur la figure 8.0n observe notamment que les contraintes statiques et dynamiques ne se superposent plus sur une arête vive et l'ensemble de la zone permet de dissocier les pics statiques et dynamiques. La découpe réalisée ne débouchant pas dans l'autre face, l'air ne peut circuler d'une face à l'autre ; des pertes aérodynamiques sont ainsi évitées. REVENDICATIONS1. Aube statorique de turbomachine à angle de calage variable comprenant une platine (6) et un pivot (9) dans le prolongement de la pale (3) de l'aube, la pale et la platine étant monobloc, caractérisé par le fait qu'elle comprend une rainure (10) de décharge des contraintes, qui chevauche la platine et la pale. 2. Aube statorique de la revendication 1 dont la rainure est usinée sur l'une des faces seulement de la pale de manière à ne pas traverser la pale d'une face à l'autre. 3. Aube statorique de turbomachine selon la revendication précédente dont la rainure (10) est droite. 4. Aube statorique de turbomachine selon la revendication précédente dont la direction (XX) de la rainure est inclinée par rapport à l'axe du pivot (9). 5. Aube statorique de turbomachine selon l'une des revendications précédentes dont le fond de la rainure (10) est en arc de cercle. 6. Aube statorique selon l'une des revendications précédentes dont la rainure (10) est usinée dans la zone de raccordement située vers le bord de fuite. 7. Aube statorique selon la revendication précédente comprenant une partie de la pale située du côté du bord de fuite qui déborde de la platine. 8. Aube statorique selon l'une des revendications précédentes formant un redresseur de compresseur. 9. Procédé pour améliorer la résistance mécanique d'une aube de stator à calage variable présentant une pale et une platine avec une zone de transition entre la pale et la platine, caractérisé par le fait que l'on usine une entaille dans la zone de transition de manière à obtenir une aube selon l'une des revendications précédentes.