Brevet FR3036734A1 — publié le 20161202

BRAS DE CARTER DE TURBOMACHINE DESCRIPTION L'invention présente a pour sujet un bras de carter de turbomachine. Ce bras peut s'étendre entre deux pièces circulaires concentriques, qu'on peut appeler moyeu et virole, d'un carter fixe de turbomachine, et à travers une veine d'écoulement de gaz de la turbomachine, de manière à orienter ou redresser l'écoulement en le freinant le moins. Il est alors façonné en forme d'aube fixe, avec une section transversale oblongue comprenant un bord d'attaque et un bord de fuite. Il peut avantageusement être formé d'une tôle repliée, dont les extrémités sont jointes et soudées entre elles. Ce procédé de fabrication possède les avantages de donner facilement une section creuse dont l'épaisseur de l'enveloppe est fine et déterminée avec tolérance resserrée, ce qui donne un bras léger et qu'il est facile de raccorder au moyeu et à la virole en évitant des discontinuités d'épaisseur excessives ou imprévues, qui pourraient compromettre la qualité d'exécution des raccordements soudés. On observe néanmoins certaines difficultés de réalisation des soudages permettant de fermer la section de l'enveloppe entre les bords joints de la tôle. La soudure est normalement faite au plus petit rayon de courbure de la section, correspondant au bord de fuite dans le cas d'un bras à fonction aérodynamique, afin d'éviter de plier la tôle à cet endroit. Les extrémités de la tôle sont situées l'une à côté de l'autre. Il est alors difficile d'ajuster correctement la pénétration du cordon de soudure, ce qui produit facilement des jonctions de forme irrégulière qui subissent des concentrations de contrainte élevées, où des criques peuvent apparaître ensuite. Une reprise par usinage de la face extérieure du cordon de soudure est aussi nécessaire pour reconstituer un profil aérodynamique du bord de fuite, ce qui allonge le procédé de fabrication. 3036734 2 Un nouveau procédé de fabrication de tels bras de carter de turbomachine, comprenant encore le pliage d'une enveloppe en tôle pour former une section oblongue, est proposé ici. Selon l'invention, les bords opposés de la tôle sont réunis entre eux par 5 une pièce comprenant deux lèvres et une portion courbe joignant ces deux lèvres, et par des moyens de liaison joignant solidairement respectivement les lèvres aux bords de la tôle. Les caractéristiques principales de l'invention peuvent être résumées comme suit : les liaisons sont faites sur des pièces disposées bout à bout, et donc 10 beaucoup plus faciles à réaliser. Il est alors envisageable d'utiliser d'autres procédés de liaison que le soudage classique puisque les liaisons sont faites seulement pour assurer les jonctions, mais ne servent plus à combler une discontinuité de la section creuse, entre les bords de la tôle. Aucun usinage de finition pour restituer un profil aérodynamique n'est nécessaire sur la pièce de jonction puisqu'elle a été fabriquée directement au profil voulu, 15 ni en général sur les raccords résultant des liaisons. Le soudage et le brasage constituent pourtant encore des moyens de liaison envisagés dans l'invention. Les soudures ou brasures sont alors effectuées en pénétrant perpendiculairement à la tôle, avec une profondeur de pénétration connue, qui peut être obtenue facilement. Des procédés de soudure sans matière d'apport sont 20 souvent possibles. Selon certains perfectionnements optionnels, la pièce de jonction a une épaisseur uniforme et la portion courbe est délimitée par des faces en rayons de courbure concentriques, ce qui améliore la qualité de la conception en réduisant notamment les concentrations de contrainte ; les lèvres sont en prolongement avec les 25 bords de la tôle et de même épaisseur que lesdits bords, ce qui limite aussi les concentrations de contrainte et facilite les soudages bout à bout ; la pièce comporte une queue s'étendant entre les deux lèvres en les joignant, et déborde d'entre les lèvres dans une direction depuis l'arrondi, des soudures joignant aussi la queue à des faces internes des bords de la tôle, en accroissant la résistance de la jonction ; les raccords sont des 3036734 3 soudures effectuées par un laser effectuant ainsi des jonctions de bon aspect, sans matière d'apport. Un autre aspect de l'invention est un carter de turbomachine, comprenant une pluralité de bras selon ce qui précède, joignant un moyeu circulaire à 5 une virole entourant le moyeu. La pièce de fermeture des sections peut être située à un bord desdits bras qui correspond à un bord de fuite d'un écoulement de gaz parcourant le carter et traversant les bras, quand le carter est monté sur une turbomachine. Le bras peut être soudé ou brasé à des extrémités de la section à des raccords de section identique, solidaires de la virole et du moyeu. 10 Un autre aspect de l'invention est une turbomachine comprenant un tel carter. L'invention sera maintenant décrite plus en détail dans ses différents aspects, caractéristiques et avantages au moyen des figures suivantes, qui en représentent certaines réalisations et sont données à titre purement illustratif : 15 les figures 1 et 2 représentent deux configurations possibles de bras conformes à l'invention ; la figure 3 illustre la section d'un bras construit selon le procédé connu déjà exposé ; la figure 4, la section d'un bras construit selon une réalisation du 20 procédé de l'invention ; la figure 5, le bras représenté entièrement, en perspective, pour une variante de cette réalisation ; et la figure 6, la section d'un bras construit selon une autre réalisation du procédé de l'invention. 25 Certains carters comprenant des bras que l'invention peut perfectionner sont donnés aux figures 1 et 2. Ils portent les références la et lb et s'étendent entre un moyeu 2a ou 2b circulaire et une virole 3a ou 3b, également circulaire et entourant le précédent ; les bras la et lb sont soudés ou brasés à des raccords 4a ou 4b et 5a ou 5b alignés avec eux, de même section qu'eux et solidaires respectivement du moyeu 2a ou 2b et de la virole 3a ou 3b. Les bras la et lb sont répartis en un nombre assez important 3036734 4 autour du moyeu 2a ou 2b. Ils peuvent être radiaux, comme représentés à la figure 2, ou fortement inclinés en direction angulaire, comme l'indique la figure 1. Les raccords 4a, 4b et 5a, 5b sont généralement fabriqués en fonderie en même temps que le moyeu 2a ou 2b et la virole 3a ou 3b. 5 La figure 3 représente une section d'un bras la ou lb, ici référencé seulement 1, d'un genre connu. Le bras 1 a une section creuse, formée à partir d'une tôle 6 repliée sur elle-même pour former deux flancs 7, correspondant éventuellement à un intrados et à un extrados d'aube, avec un rayon de courbure minimal à une extrémité 8 correspondant à un bord d'attaque. Le bout opposé du bras 1 comprend les bords 9 10 opposés de la tôle 6, mis côte à côte, et un cordon de soudure 10 qui les unit et constitue un bord de fuite du bras 1. Un meulage est généralement nécessaire pour donner au cordon de soudure 10 un profil convenable en raccordant notamment de façon lisse et sans dénivellation les faces extérieures des flancs 7. L'assemblage soudé possède certaines faiblesses, notamment à ses jonctions 11 avec les faces intérieures des flancs 7, 15 qui sont des zones à concentrations de contrainte élevées à cause de l'angle rentrant que font ces jonctions 11 pour garantir une pénétration suffisante de matière d'apport. On passe maintenant au commentaire de l'invention. La figure 4 montre que le cordon de soudure 10 est remplacé par une pièce 12, ici à section arquée et composée de deux lèvres 14 prolongeant les flancs 7 et 20 d'une portion courbe 13 intermédiaire les raccordant. Les lèvres 14 sont droites et d'épaisseur uniforme, et la portion courbe 13 est de la même épaisseur uniforme et délimitée par deux arrondis concentriques à ses faces extérieure et intérieure. Les flancs 7 ont aussi cette épaisseur. La pièce 12 peut être réalisée notamment par fonderie, mais aussi par taillage dans la masse ou par tout procédé d'usinage. De tels procédés donnent 25 des faces, dont une face extérieure, suffisamment lisses pour ne nécessiter aucun usinage de reprise après la fabrication. Le rayon de courbure de la face intérieure de la portion courbe 13 peut être fabriqué sans difficulté à une petite valeur, 1 mm par exemple pour une tôle 6 et une pièce 12 ayant 2 mm d'épaisseur chacune, par un procédé qui peut être d'électro-érosion. La longueur des lèvres 14 de la pièce 12 peut être de 8 mm par 30 exemple. 3036734 5 Des moyens de raccord 15 soudés ou brasés joignent solidairement respectivement les lèvres 14 aux flancs 7. Un soudage au laser peut être pratiqué pour cela. Les largeurs des raccords soudés 15 peuvent être de 3,2 mm par exemple, et le défaut de planéité (bombement du raccord soudé 15) peut être de 0,5 mm par exemple 5 sur la face extérieure, ce qui est acceptable sans meulage. Les flancs 7 et les lèvres 14 étant bout à bout, des procédés d'assemblage sans métal d'apport sont possibles. Leurs épaisseurs étant connues, la profondeur de pénétration à atteindre l'est aussi, et les paramètres de soudage peuvent être déterminés pour garantir de bons résultats. La figure 5 représente une variante de réalisation, où la pièce, 10 maintenant 16, à l'extrémité du bras 1 possède des lèvres 17 de raccordement aux flancs 7 de la tôle 6 plus courtes et une partie de jonction 18 plus longue et plus épaisse, qui permet de raccorder les faces intérieures des lèvres 17 par un rayon de courbure 19 plus important, apte à réduire les concentrations de contrainte. Dans le mode de réalisation de la figure 6, la pièce porte la référence 20 15 et comporte une partie principale pleine 21, dont la périphérie forme les lèvres 14 et la portion courbe 13 connue précédemment, et qui se prolonge par une queue 22 s'étendant entre les bords 9 de la tôle 6. La queue 22 peut participer à la liaison si les moyens de liaison joignant solidairement les flancs 7 et la pièce 20 sont des raccords soudés, maintenant 23, se prolongeant entre elle et les faces internes des bords 9. La 20 pièce 20 peut encore être construite facilement par taillage dans la masse ou par d'autres usinages, ou en fonderie. Par comparaison à la figure 3, une cohésion encore meilleure de l'assemblage peut être espérée ; les raccords soudés 23 sont plutôt réalisés par brasage, avec des couches de métal d'apport d'épaisseur à peu près constante ; et la jonction 24 concave entre les faces inférieures des flancs 7 et la queue 22 est déterminée avec une 25 précision plus grande et sans former d'angle rentrant trop aigu, ce qui évite des concentrations de contrainte excessives, génératrices potentielles de criques. Le bras 1 de l'invention peut être utilisé comme les bras la et lb extérieurs, et avant tout dans des carters de turbomachine tels que ceux des figures 1 et 2, où un groupe circulaire de bras 1 s'étend à travers une veine annulaire d'écoulement 3036734 6 de gaz et a une fonction aérodynamique de redressement ou de déflexion de cet écoulement. L'invention s'applique de manière avantageuse à un bras de carter d'échappement, et au carter d'échappement correspondant. 5 REVENDICATIONS1) Bras de carter de turbomachine, comportant une enveloppe (6) en tôle repliée pour former une section transversale oblongue délimitée par deux bords opposés (9) vers lesquels la section s'effile, des bords opposés de la tôle étant situés côte à côte devant un desdits bords de la section et réunis entre eux, caractérisé en ce que lesdits bords (9) opposés de la tôle (6) sont réunis entre eux par une pièce (12, 16, 20) comprenant deux lèvres (14) et une portion courbe (13) joignant les deux lèvres, et par des moyens de liaison (15, 23) joignant solidairement et respectivement les lèvres aux 10 bords de la tôle. 2) Bras de carter de turbomachine suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de liaison (15, 23) joignant solidairement respectivement les lèvres aux bords de la tôle comprennent des raccords (15, 23) soudés ou brasés. 3) Bras de carter de turbomachine suivant la revendication 1 ou 2, 15 caractérisé en ce que ladite pièce a une épaisseur uniforme et la portion courbe est délimitée par des faces en rayons de courbure concentriques. 4) Bras de carter de turbomachine suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 3, caractérisé en ce que les lèvres (14) sont en prolongement avec les bords (9) de la tôle et de même épaisseur que lesdits bords. 20 5) Bras de carter de turbomachine suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite pièce comporte une queue (22) s'étendant entre les deux lèvres en les joignant, et débordant d'entre les lèvres dans une direction depuis la portion courbe. 6) Bras de carter de turbomachine suivant les revendications 2 et 5, 25 caractérisé en ce que les moyens de liaison (23) sont des brasures joignant aussi la queue à des faces internes des bords de la tôle. 7) Bras de carter de turbomachine suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de liaison sont des soudures effectuées par un laser. 8) Carter de turbomachine, en particulier carter d'échappement, 30 comprenant un moyeu (2a, 2b) circulaire, une virole (3a, 3b) entourant le moyeu, et une 3036734 8 pluralité de bras suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7 joignant le moyeu à la virole. 9) Carter de turbomachine suivant la revendication 8, caractérisé en ce que ladite pièce est située à un bord desdits bras qui correspond à un bord de fuite d'un écoulement de gaz parcourant le carter et traversant les bras, quand le carter est monté sur une turbomachine. 10) Carter de turbomachine suivant l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que le bras est soudé ou brasé à des extrémités de la section à des raccords de section identique, solidaires de la virole et du moyeu. 11) Turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comprend un carter suivant l'une quelconque des revendications 8 à 10.