Brevet FR2985759A1 — publié le 20130719

AUBE MOBILE DE TURBOMACHINE DOMAINE DE L'INVENTION Le présent exposé concerne une aube mobile de turbomachine. Une telle aube peut équiper tout type de turbomachine, terrestre ou aéronautique, et notamment un turboréacteur d'avion ou un turbomoteur d'hélicoptère. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Dans le présent exposé, l'amont et l'aval sont définis par rapport au sens Io d'écoulement normal du gaz (de l'amont vers l'aval) à travers la turbomachine. On appelle "axe de la turbomachine" ou "axe moteur", l'axe de rotation du rotor de la turbomachine. La direction axiale correspond à la direction de l'axe de la turbomachine et une direction radiale est une direction perpendiculaire à l'axe de la turbomachine et coupant cet axe. De même, un plan axial est un plan 15 contenant l'axe de la turbomachine, et un plan radial est un plan perpendiculaire à cet axe. Sauf précision contraire, les adjectifs "intérieur" et "extérieur" sont utilisés en référence à une direction radiale de sorte que la partie intérieure d'un élément est, suivant une direction radiale, plus proche de l'axe de la turbomachine que la partie 20 extérieure du même élément. L'axe d'empilement d'une aube est l'axe perpendiculaire à l'axe de la turbomachine, qui passe par le centre de gravité de la section la plus intérieure de la pale de l'aube (i.e. la section la plus proche de l'axe de la turbomachine). Typiquement, une aube mobile de turbomachine comprend une pale 25 s'étendant suivant l'axe d'empilement de l'aube, entre les extrémités proximale et distale (i.e. intérieure et extérieure) de l'aube. A son extrémité proximale, l'aube comprend un pied par lequel elle est fixée à un disque du rotor de la turbomachine, ce disque étant commun à plusieurs aubes. A son extrémité distale, l'aube peut comprendre un élément transversal, appelé talon. Lorsque plusieurs 30 aubes mobiles sont fixées sur un disque de rotor, leurs talons sont disposés bord à bord de manière à former une couronne circonférentielle qui a notamment pour fonction de délimiter extérieurement la veine d'écoulement du gaz traversant la turbomachine et de limiter ainsi les fuites de gaz à cet endroit. Une aube mobile conventionnelle est représentée sur la FIG 1. Une aube de ce type est décrite dans le document de brevet FR 2923524 Al. Cette aube 10 comprend une pale 16 s'étendant suivant l'axe d'empilement X de l'aube, entre les extrémités proximale 10A et distale 10B de l'aube. A son extrémité proximale 10A, l'aube comprend un pied 12 par lequel elle est fixée à un disque du rotor (non représenté). A son extrémité distale 10B, l'aube 10 comprend un talon 14. Lorsque plusieurs aubes mobiles 10 sont fixées sur un disque de rotor, leurs talons 14 sont Io disposés bord à bord de manière à former une couronne circonférentielle. Le talon 14 comprend: une plateforme 20 délimitant extérieurement la veine d'écoulement du gaz circulant entre les pales 16, et présentant des premier et deuxième bords latéraux 21, 22 opposés; et des léchettes d'étanchéité amont 31 et aval 32 s'étendant radialement vers l'extérieur à partir de la face extérieure de 15 la plateforme 20. Chacun des premier et deuxième bords latéraux de la plateforme présente, entre les léchettes amont 31 et aval 32, un profil sensiblement en "Z" avec une première portion 21A, 22A, proche de la léchette amont 31, une deuxième portion intermédiaire 21B, 22B, et une troisième portion 21C, 22C, proche de la léchette aval 32, les première et troisième portions étant 20 sensiblement parallèles entre elles et la deuxième portion s'étendant sensiblement obliquement entre les première et troisième portions. Dans le but d'amortir les vibrations auxquelles les aubes 10 sont soumises en fonctionnement, les aubes sont montées sur leur disque de rotor avec une contrainte de torsion autour de leur axe d'empilement X : la géométrie des talons 25 14 étant telle que chaque aube 10 est mise en contrainte de torsion par appui sur les aubes voisines le long des deuxièmes portions 21B, 22B des bords latéraux 21, 22. Les deuxièmes portions 21B, 22B définissent donc les surfaces de contact inter-aubes et sont le lieu de frottements importants lors du fonctionnement de la turbomachine. 30 Pour être protégées contre l'usure, les deuxièmes portions 21B, 22B sont recouvertes d'un matériau résistant aux frottements, commercialisé sous la marque "Stellite". Classiquement, ce matériau anti-usure est déposé sur les deuxièmes portions 21B, 22B par soudure. Il s'agit d'une opération manuelle, le matériau anti-usure étant sous forme liquide lors du dépôt. Un premier problème rencontré avec de telles aubes 10 tient au fait que, lorsque les deuxièmes portions 21B, 22B du talon 14 sont étroites (i.e. présentent une hauteur limitée suivant l'axe d'empilement X), il est difficile de déposer le matériau anti-usure uniquement sur ces portions 21B, 22B (i.e. de ne pas déborder de ces portions), le procédé de dépôt utilisé n'étant pas suffisamment précis. Or, le dépôt de matériau anti-usure au-delà des portions 21B, 22B, en o particulier sur le congé situé entre la pale 16 et la face interne de la plateforme 20, est néfaste car il peut générer des criques dans la pièce et des pertes aérodynamiques dans la veine de gaz. Une solution à ce premier problème consiste à "surdimensionner" les deuxièmes portions 21B, 22B, c'est-à-dire à augmenter leur hauteur suivant l'axe 15 d'empilement X. Toutefois, cette solution n'est pas satisfaisante car elle augmente la masse et l'encombrement du talon 14. Un autre problème rencontré avec de telles aubes 10 est le chevauchement des aubes adjacentes (i.e. le bord latéral 21 d'une première aube passe au-dessus du bord latéral 22 d'une deuxième aube, adjacente à la première) lors des 20 différentes phases de fonctionnement de la turbomachine. Il existe donc un besoin pour un autre type d'aube mobile. PRESENTATION DE L'INVENTION Le présent exposé a pour objet une aube mobile de turbomachine, présentant à son extrémité distale un talon comprenant une plateforme délimitant 25 la surface extérieure de la veine de gaz traversant la turbomachine, cette plateforme présentant des premier et deuxième bords latéraux opposés. Ce talon comprend également des léchettes d'étanchéité amont et aval s'étendant radialement vers l'extérieur à partir de ladite plateforme, et circonférentiellement entre deux faces latérales situées respectivement au niveau des premier et 30 deuxième bords latéraux. Cette aube est telle que les faces latérales de la léchette amont ou aval sont recouvertes d'un matériau anti-usure. Selon cette solution, les faces latérales de la léchette amont ou aval sont configurées pour porter le matériau anti-usure et servir ainsi de surfaces de contact inter-aubes. Cette solution permet de respecter les critères fonctionnels et de fabrication du talon, tout en réduisant la masse et l'encombrement de celui-ci (or, en termes de masse, le talon est la zone la plus critique de l'aube). En particulier, il n'est plus nécessaire de surdimensionner les portions intermédiaires des bords latéraux puisque celles-ci ne servent plus de surface de contact inter-aubes. Les bords latéraux peuvent donc être prévus aussi étroits que nécessaire. Par ailleurs, les Io nouvelles surfaces de contact inter-aubes utilisent les léchettes sans qu'il soit nécessaire de surdimensionner celles-ci. Cette solution a pour avantages supplémentaire de faciliter le positionnement du centre de gravité du talon de l'aube, ce qui améliore le comportement de l'aube en mécanique vibratoire et statique. 15 En outre, la solution proposée permet de définir une surface de contact inter-aubes assez grande, ce qui limite l'usure de cette surface. Enfin, avec cette solution, le risque de chevauchement des aubes diminue du fait que la hauteur de la surface de contact inter-aubes est plus importante. Le matériau anti-usure utilisé peut être un alliage de base cobalt et, 20 notamment, un alliage du type de ceux commercialisés sous la marque "Stellite" qui comprennent une teneur en chrome significative. Les faces latérales de la léchette amont ou aval peuvent être recouvertes partiellement ou entièrement par le matériau anti-usure. Lorsqu'elles sont recouvertes entièrement, la couche de matériau anti-usure s'étend radialement le 25 long de la léchette, depuis la face intérieure de la plateforme (i.e. le matériau anti- usure couvre la partie du bord latéral située dans le prolongement de la léchette) jusqu'à l'extrémité extérieure de la léchette. La présence de matériau anti-usure au niveau de l'extrémité extérieure de la léchette présente l'avantage de renforcer celle-ci. Lorsqu'elles sont recouvertes partiellement, la couche de matériau anti- 30 usure peut s'étendre, par exemple, depuis la face intérieure de la plateforme jusqu'à une limite extérieure distante de l'extrémité extérieure de la léchette. Dans ce cas, la portion d'extrémité extérieure de la léchette peut être faite du même matériau que le reste du bord extérieur de la léchette. Cette solution peut s'avérer intéressante dans le cas où le matériau anti-usure ne présente pas les propriétés requises pour être en contact avec le matériau abradable (dit "abradable") présent s sur le carter extérieur et qui entoure extérieurement la léchette. L'abradable est typiquement un matériau en forme de nid d'abeille, par exemple en métal. Le bord extérieur de la léchette pénètre dans l'abradable (qui est fixe) afin d'assurer une bonne étanchéité en fonctionnement. Le matériau anti-usure peut également recouvrir les portions des bords o latéraux qui jouxtent la base de la léchette. Par ailleurs, l'utilisation de la léchette amont ou de la léchette aval pour définir les surfaces de contact inter-aubes permet d'optimiser la forme de la plateforme du talon en termes de masse et d'encombrement. Ainsi, lorsque les faces latérales de la léchette amont sont utilisées comme 15 surfaces de contact inter-aubes et, à cet effet, sont recouvertes du matériau anti- usure, on peut retenir pour la plateforme la forme optimisée suivante: chacun des premier et deuxième bords latéraux présente, entre les léchettes amont et aval, un profil ayant une forme générale en "U" avec une première portion proche de la léchette amont et formant une première branche du "U", une deuxième portion 20 intermédiaire formant la base du "U" et une troisième portion proche de la léchette aval et formant une deuxième branche du "U", les première et troisième portions étant divergentes. Dans certains modes de réalisation, la deuxième portion précitée s'étend sensiblement perpendiculairement aux léchettes. 25 Dans certains modes de réalisation, la troisième portion est au moins deux fois plus grande que la première portion. Dans certains modes de réalisation, la deuxième portion est plus petite que la première portion. Le présent exposé a également pour objet une turbomachine comprenant 30 une aube telle que décrite ci-dessus. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS 2 9 85 75 9 6 Les dessins annexés sont schématiques et ne sont pas nécessairement à l'échelle, ils visent avant tout à illustrer les principes de l'invention. Sur ces dessins, d'une figure (ci-après "FIG") à l'autre, des éléments (ou parties d'élément) identiques sont repérés par les mêmes signes de référence. La FIG 1 représente, en perspective, un exemple d'aube mobile selon l'art antérieur. La FIG 2 représente, en perspective, un exemple d'aube mobile selon le présent exposé. La FIG 3 est une vue de détail, de dessus, du talon de l'aube de la FIG 2. o La FIG 4 est une vue de détail, de côté, du talon de l'aube de la FIG 2. La FIG 5 est une vue analogue à celle de la FIG. 4, représentant un autre exemple d'aube mobile selon le présent exposé. DESCRIPTION DETAILLEE D'EXEMPLE(S) DE REALISATION Un exemple de réalisation d'une aube mobile à talon est décrit en détail ci- ls après, en référence aux dessins annexés. Cet exemple illustre les caractéristiques et les avantages de l'invention. Il est toutefois rappelé que l'invention ne se limite pas à cet exemple. La FIG 2 représente un exemple d'aube mobile 110 de turbomachine. Une telle aube peut être utilisée dans un étage basse pression d'un turboréacteur 20 d'avion. L'aube mobile 110 comprend une pale 116 s'étendant suivant l'axe d'empilement X de l'aube, entre les extrémités proximale 110A et distale 110B (i.e. intérieure et extérieure) de l'aube. A son extrémité proximale 110A, l'aube comprend un pied 112 par lequel elle est fixée à un disque du rotor (non 25 représenté) d'une turbomachine (non représentée). Ce disque tourne autour de l'axe A de la turbomachine. A son extrémité distale 110B, l'aube 110 comprend un talon 114. Lorsque plusieurs aubes mobiles 110 sont fixées sur un disque de rotor, leurs talons 114 sont disposés bord à bord de manière à former une couronne 30 circonférentielle rotative délimitant une surface de révolution autour de l'axe A de rotation du disque. Cette couronne a, notamment, pour fonction de délimiter la surface extérieure de la veine d'écoulement du gaz circulant entre les pales 116 et de limiter ainsi les fuites de gaz au niveau de l'extrémité distale 110B des aubes 110. Le talon 114 comprend une plateforme 120 délimitant extérieurement la s veine d'écoulement du gaz circulant entre les pales 116, et présentant des premier et deuxième bords latéraux 151, 152 opposés. Le talon 114 comprend également des léchettes d'étanchéité amont 131 et aval 132 s'étendant radialement vers l'extérieur à partir de la plateforme 120. Chaque léchette 131 (132) présente deux faces latérales 131L (132L) situées respectivement au niveau des premier et 10 deuxième bords latéraux (151, 152), et chaque léchette 131 (132) s'étend circonférentiellement entre ses deux faces latérales 131L (132L). Lorsque plusieurs aubes mobiles 110 sont fixées sur un disque de rotor, les léchettes amont 131 ou aval 132 des aubes sont disposées bord à bord de manière à former un anneau rotatif d'axe A, cet anneau étant contenu 15 sensiblement dans un plan radial. Un tel anneau a notamment pour fonction de limiter le jeu existant entre les aubes 110 et l'enveloppe, ou carter, qui entoure celles-ci, afin de limiter les fuites de gaz à cet endroit. La configuration de la plateforme 120 est optimisée en termes de masse et d'encombrement. 20 La plateforme 120 présente une partie amont 124, communément appelée "becquet amont", s'étendant en amont de la léchette amont 31. La plateforme 120 présente également une partie aval 128, communément appelée "becquet aval" s'étendant en aval de la léchette aval 132. Enfin, la plateforme présente une partie centrale 126 s'étendant entre les léchettes amont 131 et aval 132. Dans l'exemple, cette partie centrale 126 comprend une nervure 127, en forme de virgule, qui s'étend depuis la léchette amont 131 jusqu'à la léchette aval 132 et qui est une résultante du procédé de fonderie par lequel l'aube est fabriquée. Comme le montre bien la FIG 3, dans la partie centrale 126, chacun des premier et deuxième bords latéraux 151 (152) de la plateforme 120 présente, un 30 profil ayant une forme générale en "U" avec une première portion 151A (152A) proche de la léchette amont 131 et formant une première branche du "U", une deuxième portion 151B (152B) intermédiaire formant la base du "U" et une troisième portion 151C (152C) proche de la léchette aval 132 et formant une deuxième branche du "U", les première et troisième portions 151A, 151C (152A, 152C) étant divergentes, i.e. ces portions 151A, 151C (152A, 152C) s'écartent l'une de l'autre à mesure que l'on s'éloigne de la deuxième portion 151B (152B). Dans l'exemple, la deuxième portion 151B (152B) s'étend sensiblement perpendiculairement aux léchettes 131 (132). On notera toutefois que la deuxième portion 151B (152B) pourrait être inclinée différemment ou qu'elle pourrait même être absente. Dans ce dernier cas, les première et troisième portions 151A, 151C Io (152A, 152C) se rejoindraient et formeraient un "V". Les premier et deuxième bords latéraux 151 et 152 présentent des formes complémentaires, le bord latéral 151 d'une première aube 110 devant s'emboîter dans le bord latéral 152 de l'aube adjacente à cette première aube 110. Ainsi, les premières portions 151A, 152A des bords latéraux 151 et 152 sont sensiblement 15 parallèles entre elles. Il en va de même pour les deuxièmes portions 151B, 152B, et les troisièmes portions 151C, 152C. Par ailleurs, les profils en "U" des bords latéraux 151, 152, sont tels que les branches du "U" pointent vers l'intrados de l'aube 110. La troisième portion 151C (152C) des bords latéraux 151 (152) peut être au 20 moins deux fois plus grande que la première portion 151A (152A). Dans l'exemple, cette troisième portion 151C (152C) mesure environ le triple de la première portion 151A (152A). Par ailleurs, la deuxième portion 151B (152B) peut être plus petite que la première portion 151A (152A). Dans l'exemple, cette deuxième portion 151B (152B) est environ deux fois plus petite que la première portion 151A 25 (152A). Par ailleurs, les première et troisième portions 151A, 151C (152A, 152C) peuvent former entre elles un angle compris, par exemple, entre 15 et 150° Dans l'exemple représenté, cet angle est d'environ 65°. Dans le but d'amortir les vibrations auxquelles les aubes 110 sont soumises en fonctionnement, les aubes 110 sont montées sur leur disque de rotor (non 30 représenté) avec une contrainte de torsion autour de leur axe d'empilement X. Ainsi, les talons 114 sont configurés pour que chaque aube 110 soit mise en 2 985 75 9 9 contrainte de torsion par appui avec ses voisines, principalement le long des faces latérales 131L de la léchette amont 131. La léchette amont 131 porte sur ses faces latérales 131L une couche de matériau anti-usure 160 obtenue par chargement de cette face latérale 131L avec un alliage de base cobalt présentant de bonnes propriétés anti-usure, comme, par exemple, un alliage du type de ceux commercialisés sous la marque "Stellite". Ce matériau anti-usure 160 est représenté grisé sur les figures. Comme le montre bien sur la FIG 4, la couche de matériau anti-usure 160 s'étend radialement le long de la léchette 131, depuis la face intérieure 1201 de la Io plateforme 120 jusqu'à l'extrémité extérieure 131E de la léchette. Chaque face latérale 131L de la léchette amont 131 est donc recouverte de bas en haut par le matériau anti-usure 160 et le matériau anti-usure 160 recouvre également une portion 151P du bord latéral 151 qui jouxte la base de la léchette. Cette portion 151P comprend la portion de bord située radialement dans le prolongement de la 15 léchette et peut également comprendre les portions de bord adjacentes à cette dernière, comme dans l'exemple représenté. Selon un autre exemple de réalisation, représenté sur la FIG 5, chaque face latérale 131L de la léchette amont 131, ou une de ces faces latérales 131L (l'autre face 131L étant alors recouverte de bas en haut comme dans l'exemple des FIGS 20 2-4), est recouverte partiellement par un matériau anti-usure 260. Plus précisément, seule la portion intérieure de la face latérale 131L est recouverte. La couche de matériau anti-usure 260 s'étend radialement le long de la léchette 131, depuis la face intérieure 1201 de la plateforme 120 jusqu'à une limite extérieure 260E distante de l'extrémité extérieure 131E de la léchette. Par exemple, la limite 25 extérieure 260E est distante de 2 à 3 mm de l'extrémité extérieure 131E de la léchette. La portion extérieure de la face latérale 131L n'est donc pas recouverte de matériau anti-usure et, ainsi, le bord extérieur de la léchette peut être fait entièrement en un même matériau (i.e. le matériau de l'aube). Le matériau antiusure 260 recouvre également une portion 151P du bord latéral 151 qui jouxte la 30 base de la léchette. En comparaison avec l'exemple des FIGS 2-4, cette portion 151P est plus étendue vers l'aval, en direction de la léchette aval 132. Dans l'exemple de la FIG 5, la face 131L qui porte la couche de matériau 260 peut être élargie localement (i.e. son épaisseur axiale peut être augmentée), par rapport au reste de la léchette 131, afin de maximiser la surface de contact inter-aubes. Le matériau anti-usure 160 peut être déposé de différentes manières. Par exemple, le matériau anti-usure 160 peut être sous forme de plaquettes (réalisées en un alliage spécifique présentant une dureté élevée) que l'on vient braser sur les faces latérales des léchettes. Selon une autre technique, on procède par chargement progressif de la surface à protéger avec un matériau anti-usure que 10 l'on met en fusion en même temps que la couche supérieure du substrat. La chaleur nécessaire au dépôt est apportée au moyen d'une source appropriée comme, par exemple, un arc électrique gainé de gaz neutre ou bien un faisceau laser. Par ailleurs, selon certaines méthodes, le matériau anti-usure 160 est déposé 15 sur le substrat (i.e. le corps de l'aube) après avoir enlevé localement par meulage, sur une profondeur déterminée, la matière de ce substrat. Selon d'autres méthodes, lors de la fabrication du talon (par exemple par fonderie), les zones du substrat destinées à être recouvertes par le matériau anti-usure 160 sont "sous-dimensionnées" par rapport à la forme finale souhaitée. On dépose ensuite sur ces 20 zones le matériau anti-usure 160 et on rectifie par usinage les zones recouvertes pour obtenir la forme finale souhaitée. Les modes ou exemples de réalisation décrits dans le présent exposé sont donnés à titre illustratif et non limitatif, une personne du métier pouvant facilement, au vu de cet exposé, modifier ces modes ou exemples de réalisation, 25 ou en envisager d'autres, tout en restant dans la portée de l'invention. De plus, les différentes caractéristiques de ces modes ou exemples de réalisation peuvent être utilisées seules ou être combinées entre elles. Lorsqu'elles sont combinées, ces caractéristiques peuvent l'être comme décrit ci-dessus ou différemment, l'invention ne se limitant pas aux combinaisons spécifiques décrites 30 dans le présent exposé. En particulier, sauf incompatibilité technique majeure, une REVENDICATIONS1. Aube mobile de turbomachine présentant à son extrémité distale (110B) un talon (114) comprenant: une plateforme (120) délimitant la surface extérieure de la veine de gaz traversant la turbomachine, et présentant des premier et deuxième bords latéraux (151, 152) opposés, et des léchettes d'étanchéité amont et aval (131, 132) s'étendant radialement io vers l'extérieur à partir de ladite plateforme (120), et circonférentiellement entre deux faces latérales (131L, 132L) situées respectivement au niveau des premier et deuxième bords latéraux (151, 152), cette aube (110) étant caractérisée en ce que: les faces latérales (131L, 132L) de la léchette amont ou aval (131, 132) sont 15 recouvertes d'un matériau anti-usure (160). 2. Aube selon la revendication 1, dans laquelle au moins une face latérale (131L, 132L) est recouverte entièrement du matériau anti-usure (160). 20 3. Aube selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle au moins une face latérale (131L, 132L) est recouverte partiellement du matériau anti-usure (260), seule la portion intérieure de cette face latérale (131L) étant recouverte. 4. Aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle les faces latérales (131L) de la léchette amont (131) sont recouvertes du matériau anti-usure (160). 5. Aube selon la revendication 4, dans laquelle chacun des premier et deuxième bords latéraux (151, 152) présente, entre les léchettes amont et aval (131, 132), 30 un profil ayant une forme générale en "U" avec une première portion (151A; 152A) proche de la léchette amont (131) et formant une première branche du "U",une deuxième portion (151B; 152B) intermédiaire formant la base du "U" et une troisième portion (151C; 152C) proche de la léchette aval (132) et formant une deuxième branche du "U", les première et troisième portions (151A, 151C; 152A, 152C) étant divergentes. 6. Aube selon la revendication 5, dans laquelle la deuxième portion (151B; 152B) s'étend sensiblement perpendiculairement aux léchettes (131, 132). 7. Aube selon la revendication 5 ou 6, dans laquelle la troisième portion (151C; Io 152C) est au moins deux fois plus grande que la première portion (151A, 152A). 8. Turbomachine comprenant une aube (110) selon l'une quelconque des revendications précédentes.