Brevet FR3006367A1 — publié le 20141205

AUBE CREUSE, ET SON PROCEDE DE FABRICATION DESCRIPTION Le sujet de l'invention présente est une aube creuse, ainsi que son procédé de fabrication. L'aube dont il est question peut être une OGV (Outlet Guide Vane), c'est-à-dire une aube fixe d'un redresseur de l'écoulement des gaz, en aval d'un étage d'aubes mobiles appartenant au rotor d'une turbomachine, sans que d'autres genres d'aubes soient exclus. Les aubes peuvent être pleines, ou au contraire creuses quand on veut diminuer leur poids. Elles comportent alors une cavité interne et sont souvent construites en deux parties : une partie principale englobant la cavité, comportant une face ouverte pour permettre d'accéder à la cavité, et la réaliser par usinage, et un capot qu'on assemble à la partie principale, de manière à clore l'ouverture et à former une face extérieure lisse et continue, nécessaire à un fonctionnement aérodynamique correct de l'aube. On peut citer les documents FR 2 956 875 A et FR 2 978 196 A pour illustrer certaines conceptions connues d'aubes creuses. Les modes d'assemblage traditionnels entre le capot et la partie principale sont le soudage et le collage. Or ces deux modes d'assemblage possèdent tous deux certains inconvénients : le soudage s'accompagne d'un abattement mécanique sur le joint soudé par rapport aux propriétés de la matière de base de l'aube, de contraintes résiduelles et de déformations dans l'aube, et implique des opérations d'usinage coûteuses pour rectifier la forme de la face extérieure, et le collage a une tenue mécanique faible, un temps de fabrication assez long pour la préparation et la polymérisation de la colle notamment, une tenue dans le temps médiocre, et des risques de destruction par certains agents chimiques. Des contrôles de la qualité de l'assemblage sont nécessaires, et le remplacement du capot pendant des campagnes d'entretien est difficile ou impossible. C'est pourquoi une amélioration de l'assemblage a été recherchée. Elle constitue le sujet de l'invention. Celle-ci concerne, selon un aspect général, une aube creuse comprenant une partie principale et au moins un capot, le capot étant monté dans une ouverture de la partie principale de façon à clore l'ouverture et à former avec la partie principale une face extérieure, essentiellement continue, de l'aube, la partie principale comprenant encore une cavité communiquant à la face extérieure par l'ouverture, caractérisée en ce que le capot comprend au moins une saillie, s'étendant sur une partie d'une épaisseur du capot à distance de la face extérieure et sur des portions opposées de pourtour du capot, et la partie principale comprend au moins un élargissement de l'ouverture, situé à distance de la face extérieure et dans lequel la saillie du capot pénètre. L'ajustement se fait ainsi par un simple emboîtement de formes, sans qu'aucun soudage ni collage soit nécessaire. Les saillies du capot, retenues dans les élargissements de l'ouverture, empêchent l'extraction ou la chute du capot par la suite, lors du fonctionnement de la pièce. L'ajustement peut être très précis. Il faut aussi souligner, comme on l'abordera plus loin, que le procédé de fabrication ou d'assemblage d'une telle aube est très simple et n'implique aucun dommage au capot ni à la partie principale, aucune déformation plastique n'étant notamment produite. Selon divers perfectionnements qu'on va maintenant énumérer, le capot peut être monté sans jeu dans l'ouverture de la partie principale, entre la saillie et la face extérieure, et la saillie est logée dans l'élargissement avec du jeu. La face extérieure de l'aube est alors lisse et continue. Les contraintes de serrage qui s'exercent alors à la jonction du capot et de la partie principale sont, avantageusement, purement élastiques. Le capot peut être joint à la partie principale sans aucun matériau intermédiaire, ce qui simplifie la structure de l'aube et évite l'emploi de matériaux risquant d'être à faible tenue mécanique ou chimique. La saillie et l'élargissement peuvent s'étendre soit sur des pourtours entiers de l'ouverture et du capot, soit seulement sur des portions superposables de ces pourtours : cela est en soi indifférent à la bonne exécution de l'invention, pourvu que l'imbrication des saillies du capot suffise à empêcher l'extraction. L'ouverture peut former une feuillure comprenant une face d'appui d'une 30 face de fond, opposée à la face extérieure, du capot : l'appui du capot permet de le placer à un enfoncement déterminé dans l'ouverture, où sa face extérieure affleure exactement à la face extérieure de la partie principale. Les aubes creuses sont souvent pourvues de nervures qui divisent la cavité interne. Avec l'invention, il est possible de faire s'étendre les nervures jusqu'à la face 5 extérieure de la partie principale, en leur faisant aussi diviser l'ouverture, et un capot tel que défini précédemment est alors installé sur chacune des portions de l'ouverture. Une meilleure rigidité de l'aube, à l'égard des vibrations par exemple, peut alors être espérée, grâce à la diminution de superficie des capots. Comme l'assemblage du capot ou des capots à la partie principale peut s'accomplir très facilement, la présence d'une pluralité de 10 capots n'est pas gênante. Le procédé de fabrication d'une telle aube s'effectue en instaurant une dilatation de la partie principale par rapport au capot. Il suffit que cette dilatation soit suffisante pour permettre de faire traverser l'ouverture par les saillies avec un jeu, puis à placer les saillies en face des élargissements. On laisse alors la dilatation s'interrompre, de 15 manière que la partie principale se rétracte sur le capot et que les élargissements s'ajustent autour des saillies. L'assemblage est alors complété. La dilatation peut être accomplie par des moyens mécaniques, ou, de façon préférée, en instaurant une différence de température entre la partie principale et le capot, en refroidissant celui-ci et/ou en chauffant celle-là. Des différences de températures 20 assez modérées (quelques centaines de degrés) peuvent être suffisantes, pourvu que les aubes soient construites en alliage à coefficient de dilatation élevé, comme les alliages d'aluminium, ou de titane. L'invention sera maintenant décrite en détail au moyen des Figures suivantes, qui en illustrent des modes de réalisation envisagés et non exclusifs d'autres : 25 - la Figure 1 illustre une aube creuse ; - la Figure 2, la coupe d'une aube creuse, conforme à l'invention, avant son assemblage ; - la Figure 3, une vue de face de la partie principale de cette aube ; - les Figures 4, 5 et 6, les principales étapes de l'assemblage ; 30 - et la Figure 7, une variante de réalisation. Une réalisation schématique d'aube creuse apparaît à la Figure 1. Elle illustre une portion principale 1, pourvue de pattes d'attache 2 à un stator non représenté d'une machine tournante à une portion de tête et d'autres pattes d'attache 3 à un anneau de liaison, également classique, d'un étage circulaire de telles aubes, à une portion de pied. La portion principale 1 comprend une cavité 4 interne s'ouvrant à une face principale d'intrados ou d'extrados. L'aube comprend encore un capot 5, apte à clore l'ouverture de la cavité 4 en s'ajustant sur elle. On passe à la Figure 2. Le capot 5 est ici une plaque plane ou essentiellement plane d'épaisseur constante (un capot non plan peut aussi être envisagé sans sortir de l'invention), dont le pourtour porte une saillie 6 à distance d'une face extérieure 7 du capot 5. La saillie 6 s'étend par contre jusqu'à une face de fond, opposée à la face extérieure 7, du capot 5. L'ouverture 8 de la partie principale 1, menant de la face extérieure 9 de celle-ci à la cavité 4, comprend quant à elle un élargissement 10 à distance de la face extérieure 9, et qui est limité en direction de la cavité 4 par une face d'appui 11 dirigée vers l'extérieur de la partie principale, l'ouverture 8 étant ainsi en forme de feuillure. La Figure 3 montre que l'élargissement 10 s'étend sur tout le pourtour de l'ouverture 8, et que la saillie 6 s'étend, elle aussi, sur tout le pourtour du capot 5. Des saillies et des élargissements s'étendant sur quelques parties du pourtour pourraient toutefois suffire. Le nombre des saillies et des élargissements, leurs positions sur le pourtour et leurs étendues ne sont alors pas critiques : des saillies peu nombreuses et étroites peuvent suffire. Il convient simplement que, si la saillie 6 n'est pas continue sur le pourtour du capot, elle s'étende sur des portions opposées du pourtour de façon à éviter son extraction par rotation. On passe au commentaire de la Figure 4 pour illustrer le procédé d'assemblage de l'aube. Une dilatation de l'ouverture 8 est produite, par rapport au capot 5. On peut procéder en chauffant la partie principale 4, en refroidissant au contraire le capot 5, ou les deux. Le réchauffement peut s'effectuer dans une étuve, et la contraction thermique, par immersion dans un bain froid d'azote liquide, par exemple. Un étirement mécanique de la partie principale 4 peut aussi être entrepris, en tirant sur ses quatre côtés, après les avoir enserrés dans une machine à mors. Dans l'état atteint, la section la plus large du capot 5, correspondant aux saillies 6, est plus étroite que toutes les portions de l'ouverture 8, de sorte qu'il suffit de descendre le capot 5 dans l'ouverture 8 et de le poser sur la surface d'appui 11 pour réaliser l'assemblage. Cet état est représenté à la Figure 5. Comme la distance entre la face extérieure 9 et la face de fond 11 de la partie principale 4 est égale à l'épaisseur du capot 5, les faces extérieures 7 et 9 sont alignées et la saillie 6, située au fond du capot 5, se retrouve au même niveau que l'élargissement 10 au fond de l'ouverture, et entourée par lui. La dilatation de l'ouverture 8 est relâchée et diminue peu à peu, de sorte que l'élargissement 10 se rétracte autour de la saillie 6. L'état définitif est celui de la Figure 6, où la saillie 6 est entrée dans l'évidement 10, en étant retenue, en direction de la face extérieure 9, par la partie surplombante 12 du bord de l'ouverture 8. Un ajustement légèrement serré est produit entre la partie extérieure du capot 5 et le bord intérieur radial de la partie surplombante 12, de sorte que les faces extérieures 7 et 9 sont en prolongement et forment une face extérieure unique et continue. Un jeu 13 subsiste au contraire au fond de l'élargissement 10 et autour de la saillie 6, afin d'éviter des concentrations de contrainte inutiles. L'aube forme alors un assemblage unitaire, malgré l'absence de moyens d'assemblage. L'épaisseur de la saillie 6 étant identique à celle de l'élargissement 10, les mouvements du capot 5 dans l'ouverture 8, en enfoncement ou en extraction, sont aussi arrêtés, et les faces extérieures 7 et 9 restent en prolongement. Aucun traitement supplémentaire ni aucun contrôle n'est nécessaire. Si le capot 5 subit une dégradation en service (impact, fissure, rayure, etc.) qui rend l'aube impropre à son usage et impose de la réparer ou de la remplacer, le mode d'assemblage caractérisant l'invention permet de ne remplacer que le capot 5 après l'avoir enlevé par un usinage, et de conserver la portion principale 1 de l'aube sans la dégrader. La Figure 7 illustre une variante de réalisation. Une nervure 14 divise la cavité 4 en deux portions 104 et 204 et l'ouverture également en deux portions, puisqu'elle s'étend jusqu'à la face extérieure 9. Les portions de l'ouverture sont alors closes par deux capots 105 et 205 respectivement, qui sont semblables aux capots 5, si ce n'est par leurs dimensions extérieures ; ils sont en particulier assemblés de la même façon, par une imbrication des saillies 6 dans des élargissements 10, ménagés dans les portions d'ouverture au-dessus des cavités 104 et 204. Les nervures 14 peuvent être en nombre quelconque, ainsi que les capots tels 105 et 205. REVENDICATIONS1) Aube creuse comprenant une partie principale (1) et au moins un capot (5), le capot étant monté dans une ouverture (8) de la partie principale de façon à clore l'ouverture et à former avec la partie principale une face extérieure (7, 9) essentiellement continue de l'aube, la partie principale comprenant encore une cavité (4) communiquant à la face extérieure (9) par l'ouverture (8), caractérisée en ce que le capot comprend au moins une saillie (6), s'étendant sur une partie d'une épaisseur du capot à distance de la face extérieure (7), et sur des portions opposées de pourtour du capot, et la partie principale comprend au moins un élargissement (10) de l'ouverture (8), situé à distance de la face extérieure (9) et dans lequel la saillie du capot pénètre. 2) Aube creuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que le capot est monté sans jeu dans l'ouverture de la partie principale entre la saillie (6) et la face extérieure (7), et la saillie est logée dans l'élargissement (10) avec du jeu (13). 3) Aube creuse selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le capot est joint à la partie principale sans aucun matériau intermédiaire. 4) Aube creuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la saillie (6) et l'élargissement (10) s'étendent soit sur des pourtours de l'ouverture et du capot, soit sur des portions superposables desdits pourtours. 5) Aube creuse suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'ouverture forme une feuillure comprenant une face d'appui (11) d'une face de fond, opposée à la face extérieure, du capot. 6) Aube creuse suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que, la cavité étant divisée par au moins une nervure (14), l'ouverture est aussi divisée en portions par la nervure, et un dit capot (105, 205) est monté dans chacune desdites portions de l'ouverture. 7) Aube creuse suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'aube est une aube de redresseur appartenant à une turbomachine. 8) Procédé de fabrication d'une aube creuse conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à dilater la partie principale de l'aube par rapport au capot, à introduire le capot dans l'ouverture sans que la saillie pénètre dans l'élargissement, et à cesser de dilater la partie principale de l'aube pour la laisser se rétracter sur le capot et laisser l'élargissement s'ajuster autour de la saillie. 9) Procédé de fabrication d'une aube creuse selon la revendication 8, caractérisé en ce que la partie principale est dilatée par rapport au capot grâce à une différence de température entre la partie principale et le capot, cette différence de température étant créée par un échauffement de la partie principale et/ou un refroidissement du capot. 10) Procédé de fabrication d'une aube creuse selon la revendication 9, caractérisé en ce que la partie principale est aussi dilatée par rapport au capot, grâce à un étirement mécanique.