Brevet FR3053999A1 — publié le 20180119

PRODUCTION AMELIOREE DE TROUS DE REFROIDISSEMENT D'UNE AUBE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne un procédé de réalisation d'une aube de turbomachine ainsi que l'aube obtenue par un tel procédé. L'invention concerne plus particulièrement un procédé de réalisation de l'aube permettant de simplifier le processus de réalisation de trous de refroidissement de l'aube. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Les aubes de la turbine haute pression d'une turbomachine sont soumises aux températures élevées des gaz issus de la chambre de combustion. Pour limiter leur échauffement et ainsi leur permettre de résister à cet environnement, un film d'air de refroidissement entourant chaque aube est produit. Pour cela chaque aube comporte une cavité centrale alimentée en air de refroidissement et l'aube comporte aussi une pluralité de trous de refroidissement qui relient la cavité à l'extérieur de l'aube. L'air de refroidissement peut ainsi sortir vers l'extérieur en formant un film d'air recouvrant les parois de l'aube. Pour améliorer l'efficacité de chaque trou de refroidissement, son embouchure, au niveau de laquelle le trou débouche à l'extérieur de la pale, est élargie par rapport au reste du trou. L'embouchure est de diamètre plus important que celle du reste du trou et selon un mode de réalisation préféré, l'embouchure est de forme évasée. Selon un procédé de réalisation connu, la réalisation de chaque trou de refroidissement s'effectue par perçage par électro-érosion. Selon un tel procédé, une électrode cylindrique est utilisée pour former l'ensemble du trou et elle parcourt une trajectoire définit pour former l'embouchure. 3053999 2 Selon une variante de réalisation, une électrode ayant une forme complémentaire de la forme de l'embouchure est utilisée pour limiter le temps de réalisation, au détriment du coût de production. Un tel procédé de réalisation présente l'inconvénient que les électrodes 5 utilisées pour le perçage sont fragiles et elles risquent de casser au cours du perçage. En outre, lorsqu'une seule électrode est utilisée pour le perçage de la totalité du trou de refroidissement, la trajectoire qu'elle effectue est particulièrement complexe, ce qui augmente le temps d'usinage ainsi que le risque de casser l'électrode. L'invention a pour but de proposer un procédé de réalisation d'une aube 10 de turbomachine comportant des trous de refroidissement qui permet une réalisation simplifiée d'un trou de refroidissement comportant une embouchure. L'invention concerne aussi une aube de turbomachine réalisée par un tel procédé. 15 EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention concerne un procédé de réalisation d'une aube de turbomachine comportant une paroi d'intrados, une paroi d'extrados, une cavité interne et au moins un trou de refroidissement réalisé dans l'une de la paroi d'intrados et/ou d'extrados, comportant un conduit qui relie la cavité interne à l'extérieur, une extrémité 20 du conduit débouchant dans la cavité interne, l'autre extrémité dudit conduit débouchant dans ladite paroi d'intrados et/ou d'extrados par une embouchure, le procédé comportant une étape de moulage pour la production de l'aube et une étape de perçage du conduit, caractérisé en ce que l'embouchure est réalisée lors de l'étape de moulage et l'étape de perçage consiste à percer uniquement ledit au moins un conduit. 25 La réalisation de l'embouchure du trou de refroidissement au cours de l'étape de moulage permet de ne pas avoir d'opération d'usinage de cette embouchure par la suite. Cela permet de réduire le temps de production de l'aube ainsi que le matériel nécessaire à l'usinage de l'embouchure. 3053999 3 De préférence, l'étape de perçage consiste à percer ledit au moins un conduit à partir du fond de l'embouchure. De préférence, l'étape de perçage consiste à percer plusieurs conduits à partir du fond de la même embouchure. 5 De préférence, l'étape de moulage consiste à réaliser l'aube par un moulage à cire perdue L'invention concerne aussi une aube de turbomachine qui est apte à être réalisée par un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes et qui comporte une paroi d'intrados, une paroi d'extrados, une cavité interne et au moins 10 un conduit réalisé dans l'une de la paroi d'intrados et/ou d'extrados, qui relie la cavité interne à l'extérieur, une extrémité dudit conduit débouchant dans la cavité, l'autre extrémité du conduit débouchant dans ladite paroi d'intrados et/ou d'extrados par une embouchure, caractérisée en ce que l'embouchure est en forme de rainure s'étendant selon une direction principale de l'aube. 15 La réalisation de l'embouchure sous la forme d'une rainure permet de former plusieurs trous de refroidissement avec une embouchure commune, ce qui améliore la circulation du flux d'air de refroidissement le long des parois de l'aube. De préférence, l'aube comporte plusieurs conduits qui débouchent dans le fond de la même embouchure. 20 De préférence, la section de ladite embouchure, selon un plan perpendiculaire à une direction principale de l'aube consiste en une courbe comportant un tronçon central qui consiste en un arc de cercle concave ouvert vers l'extérieur, un tronçon amont reliant l'extrémité amont du tronçon central à la paroi d'intrados et/ou d'extrados qui consiste en un arc de cercle convexe bombé vers l'extérieur de 25 l'embouchure et un tronçon aval reliant l'extrémité aval du tronçon central à la paroi d'intrados et/ou d'extrados qui consiste en un arc de cercle convexe bombé vers l'extérieur de l'embouchure. De préférence, chacun du tronçon amont ou du tronçon aval est directement raccordé au tronçon central. 3053999 4 De préférence, le tronçon amont et/ou le tronçon aval est raccordé au tronçon central par un tronçon rectiligne. De préférence, la tangente à chaque tronçon de ladite section de l'embouchure, au niveau du raccordement dudit tronçon avec un autre tronçon de ladite 5 section de l'embouchure ou avec la paroi d'intrados et/ou d'extrados est confondue avec la tangente dudit autre tronçon de ladite section de l'embouchure ou de la paroi d'intrados et/ou d'extrados. De préférence, le rayon de l'arc de cercle formant le tronçon central est supérieur ou égal à, millimètres et la valeur de l'angle délimité par la tangente au tronçon 10 central au niveau d'une extrémité amont ou au niveau d'une extrémité aval dudit tronçon central et par la droite correspondant à une direction de démoulage de l'aube, est supérieure ou égale à trois degrés BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la 15 lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux figures annexées parmi lesquelles : - la figure 1 est une représentation schématique en perspective d'une aube de turbomachine comportant des trous de refroidissement et qui est réalisée conformément à l'invention; et 20 - les figures 2 à 5 sont des représentations schématiques en section selon un plan parallèle au sens d'écoulement d'air le long de l'aube, montrant différentes sections de la rainure constituant l'embouchure d'un trou de refroidissement. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS On a représenté à la figure 1 une aube 10 de turbomachine, par 25 exemple une turbomachine d'aéronef. L'aube 10 comporte, de manière conventionnelle une face d'intrados 12, une face d'extrados, un bord d'attaque 14 et un bord de fuite 16. Ici, seule la paroi 3053999 5 d'intrados 12 est visible aux figures. Il sera compris que l'invention peut aussi être mise en oeuvre sur la paroi d'extrados non représenté. L'aube 10 est une aube de turbine de la turbomachine et les gaz chauds issus de la chambre de combustion de la turbomachine viennent en contact avec l'aube 5 10. Ces gaz provoquent alors un échauffement de l'aube 10 qui peut nuire à son intégrité lorsque l'échauffement est trop important. L'aube 10 comporte à cet effet des moyens pour son refroidissement qui consistent en une cavité interne (non représentée) qui est réalisée dans l'aube 10 et qui est alimentée en un flux d'air de refroidissement. 10 L'aube 10 comporte aussi des trous 18 de refroidissement qui sont répartis sur la paroi d'intrados 12 et qui relient la cavité interne à l'extérieur de l'aube 10. Ces trous de refroidissement permettent à l'air de refroidissement qui alimente la cavité interne, de s'échapper vers la paroi d'intrados 12 et refroidir celle-ci. Chaque trou de refroidissement 18 comporte un conduit 20 qui est relié 15 directement à la cavité interne et une embouchure 22 au niveau de laquelle le trou de refroidissement 18 débouche dans la paroi d'intrados 12. De préférence, chaque conduit 20 est cylindrique et de section circulaire. Cependant, il sera compris que l'invention n'est pas limitée à ce mode 20 de réalisation des conduits 20 et que la section des conduits peut être non circulaire, telle que par exemple elliptique, ovale, triangulaire, ou hexagonale. Selon un premier mode de réalisation, chaque trou de refroidissement 18 comporte une embouchure 22 qui lui est associée et qui est formée lors de la réalisation de l'aube 10 par moulage. 25 Selon un mode de réalisation préféré qui est représenté à la figure 1, une même embouchure 22 est commune à plusieurs trous de refroidissement 18. Cette embouchure 22 se présente sous la forme d'une rainure qui est formée dans la paroi d'intrados de l'aube 10. Ici, l'embouchure 22 forme une rainure sensiblement rectiligne s'étendant selon la direction principale de l'aube 10. Il sera compris que l'invention n'est 3053999 6 pas limitée à cette forme de l'embouchure 22, qui peut par conséquent être curviligne, la direction principale de cette embouchure étant similaire à l'orientation principale de l'aube 10. Puisque l'embouchure 22 est commune à plusieurs trous de 5 refroidissement 18, plusieurs conduits 20 sont percés à partir du fond de chaque embouchure 22 et qui sont répartis le long de celle-ci. De manière préférée mais non limitative, les conduits 20 sont répartis à intervalles réguliers le long de l'embouchure 22. Dans la description qui va suivre, on fera référence à une seule 10 embouchure 22. Il sera compris que l'invention n'est pas limitée à une aube 10 comportant une seule embouchure 22 et qu'elle concerne une aube 10 comportant une ou plusieurs embouchures 22. Le procédé de réalisation de l'aube comporte par conséquent une étape de moulage de l'aube 10. 15 Cette étape de moulage consiste à réaliser l'ensemble de l'aube 10, pour former notamment la cavité interne et les conduits d'alimentation de la cavité en air de refroidissement. L'étape de moulage consiste aussi à former directement l'embouchure 22. Selon un mode de réalisation préféré, l'étape de moulage de l'aube 10 20 consiste à réaliser l'aube 10 par un moulage du type à cire perdue. Ce type de moulage consiste à réaliser un modèle de l'aube 10 en cire. Ce modèle en cire est lui-même réalisé par moulage et/ou tout autre procédé de réalisation afin d'obtenir un modèle ayant la même forme que l'aube 10 à obtenir. Lors du moulage du modèle, un insert, ou plusieurs, est mis en place dans le 25 moule, pour que cet insert soit incorporé à l'aube 10 à l'issue de l'étape de moulage. Après son moulage, l'insert est préparé pour qu'il corresponde le plus fidèlement possible à l'aube 10 à obtenir. Ensuite, le modèle en cire est recouvert d'une poudre en matériau réfractaire ou céramique pour former une carapace céramique. 3053999 7 Enfin, l'aube 10 est moulée à proprement parler, c'est-à-dire que le matériau en fusion destiné à former l'aube 10 est coulé dans la carapace céramique. Comme on l'a dit précédemment, l'embouchure 22 est réalisée et formée lors de la réalisation de l'aube 10 par moulage. 5 Pour cela, les formes destinées à former l'aube 10, comportent soit une forme en saillie qui est complémentaire de la forme de l'embouchure 22, pour le moule destiné à former le modèle en cire ou la carapace céramique, ou une rainure identique à l'embouchure 22 pour le modèle en cire.. A l'issue de de l'étape de moulage, l'embouchure 22 est formée sur 10 l'aube 10, il n'y a donc pas besoin de mettre en oeuvre une phase d'usinage de l'embouchure, ce qui permet d'économiser à la fois du temps de production, que du matériel puisqu'il n'y a pas besoin d'utiliser d'électrode pour la réalisation de l'embouchure 22. Le procédé de réalisation de l'aube 10 comporte une étape suivante 15 consistant à réaliser chaque conduit 20 des trous de refroidissement 18. Cette étape est mise en oeuvre de manière similaire à l'état de l'art, c'est-à-dire qu'elle consiste en une étape perçage par électro-érosion. L'étape de perçage consiste à percer chaque conduit 20 au moyen d'une électrode de forme complémentaire à la forme du conduit 20, à partir du fond de la 20 rainure formant l'embouchure 22 jusqu'à la cavité interne de l'aube 10. Cette étape est relativement simple à effectuer puisqu'elle ne nécessite pas de faire parcourir à l'électrode une trajectoire complexe pour l'usinage de l'aube 10. De plus, la forme de l'électrode est elle aussi simple, ce qui limite les coûts de production. Comme on l'a dit précédemment, l'embouchure 22 consiste en une 25 rainure formée sur la paroi d'intrados 12 de l'aube 10. De préférence, son profil est constant sur toute sa longueur. De plus, ici, l'embouchure est sensiblement rectiligne et est parallèle à l'orientation principale de l'aube, c'est-à-dire selon la direction radiale par rapport à l'axe de la turbomachine sur laquelle l'aube 10 est destinée à être montée. 3053999 8 On a représenté aux figures 2 et suivantes différents profils de la section de l'embouchure 22 réalisée selon l'invention, selon un plan qui est parallèle à l'écoulement d'air le long de la paroi 12. Dans ces figures, on utilisera la direction d'amont en aval comme étant 5 la direction de gauche à droite et correspondant au sens d'écoulement de gaz le long de la paroi 12. La section de l'embouchure 22 comporte de l'amont vers l'aval un tronçon amont 24 convexe bombé vers l'extérieur de l'embouchure 22, un tronçon central 26 concave ouvert vers l'extérieur de l'embouchure 22, et un tronçon aval 28 10 convexe bombé vers l'extérieur de l'embouchure 22. Selon un mode de réalisation préféré, chacun de ces tronçons consiste en un arc de cercle. L'extrémité amont 24a du tronçon amont 24 est reliée directement à la paroi d'intrados 12 et l'extrémité aval 28b du tronçon aval 28 est elle aussi reliée 15 directement à la paroi d'intrados 12. Selon le mode de réalisation représenté à la figure 2, chacun du tronçon amont et du tronçon aval est directement raccordé au tronçon central. C'est-à-dire que l'extrémité aval 24b du tronçon amont 24 est reliée directement à l'extrémité amont 26a du tronçon central 26 et l'extrémité aval 26b du tronçon central 26 est reliée directement 20 à l'extrémité amont 28a du tronçon aval 28. Selon une variante de réalisation représentée à la figure 4, la section de l'embouchure 22 diffère de celle représentée à la figure 2 en ce qu'un tronçon rectiligne 30 est interposé entre le tronçon amont 24 et le tronçon central 26, c'est-à-dire que ses extrémités sont reliées à l'extrémité amont 24a du tronçon amont 24 et à l'extrémité 25 amont 26a du tronçon central 26. On a représenté à la figure 5 encore une autre variante de réalisation dans laquelle la section comporte un tronçon intermédiaire 32 disposé entre le tronçon central 26 et le tronçon aval 28. Ce tronçon intermédiaire 32 est en outre convexe et bombé vers l'extérieur de l'embouchure 22. 3053999 9 En outre, selon cette variante, un tronçon rectiligne 34 relie chaque extrémité du tronçon intermédiaire 32 au tronçon central 26 ou au tronçon aval 28. Il sera compris que l'invention n'est pas limitée à ces seuls modes de réalisation de la section de l'embouchure, et que des variantes simples peuvent être 5 obtenues par l'adjonction de tronçons intermédiaires et/ou de tronçons rectilignes entre le tronçon central 26 d'une part et le tronçon amont 24 ou le tronçon aval 28 d'autre part. Afin de permettre un écoulement d'air efficace le long de la paroi de l'embouchure 22, le raccordement entre chacun des tronçons de la section avec un autre tronçon ou avec le bord de la paroi d'intrados 12 est en continuité, c'est-à-dire que la 10 tangente de chaque tronçon de la section de l'embouchure, au niveau de ce raccordement avec un autre tronçon ou avec le bord de la paroi d'intrados 12 est confondue avec la tangente dudit autre tronçon ou du bord de la paroi d'intrados, qui est raccordé avec ce tronçon. Ainsi, le tracé de chaque tronçon se fait dans la continuité de l'autre. 15 Afin de permettre le démoulage du modèle de l'aube 10 en cire hors de son moule sans détérioration, la forme et les dimensions de l'embouchure 22 sont définies notamment à partir du tronçon central 26. A cet effet, selon un mode de réalisation préféré mais non limitatif, le tronçon central 26 est l'arc d'un cercle dont le rayon est supérieur ou égal à 0,8 20 millimètres. De plus, la valeur de l'angle délimité par la droite 36 tangente au tronçon central 26, au niveau de son extrémité amont 26a ou de son extrémité aval 26b et la droite 38 correspondant à la direction de démoulage du modèle de l'aube 10 hors de son moule est ici supérieure à trois degrés. 25 Il sera compris que ces valeurs de rayon et d'angle qui viennent d'être définis ci-dessus ont été données à titre d'exemple non limitatif, et peuvent ne concerner qu'un seul type d'aubes 10 et que ces valeurs peuvent changer en fonctions des caractéristiques des différentes aubes 10 à obtenir, notamment en ce qui concerne les dimensions des aubes. 30 REVENDICATIONS1. Procédé de réalisation d'une aube (10) de turbomachine comportant une paroi d'intrados (12), une paroi d'extrados, une cavité interne et au moins un trou de refroidissement (18) réalisé dans l'une de la paroi d'intrados et/ou d'extrados, comportant un conduit (20) qui relie la cavité interne à l'extérieur, une extrémité du conduit débouchant dans la cavité interne, l'autre extrémité dudit conduit débouchant dans ladite paroi d'intrados et/ou d'extrados par une embouchure (22), le procédé comportant une étape de moulage pour la production de l'aube (10) et une étape de perçage du conduit (20), caractérisé en ce que l'embouchure (22) est réalisée lors de l'étape de moulage et l'étape de perçage consiste à percer uniquement ledit au moins un conduit (20). 2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'étape de perçage consiste à percer ledit au moins un conduit (20) à partir du fond de l'embouchure (22). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'étape de perçage consiste à percer plusieurs conduits (20) à partir du fond de la même embouchure (22). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de moulage consiste à réaliser l'aube (10) par un moulage à cire perdue 5. Aube (10) de turbomachine qui est obtenue par un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes et qui comporte une paroi d'intrados (12), une paroi d'extrados, une cavité interne et au moins un conduit (20) réalisé dans l'une de la paroi d'intrados (12) et/ou d'extrados, qui relie la cavité interne à l'extérieur, une extrémité dudit conduit (20) débouchant dans la cavité, l'autre extrémité du conduit 3053999 11 (20)débouchant dans ladite paroi d'intrados (12) et/ou d'extrados par une embouchure (22), caractérisée en ce que l'embouchure (22) est en forme de rainure s'étendant selon une direction principale de l'aube (10). 6. Aube (10) selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte plusieurs conduits (20) qui débouchent dans le fond de la même embouchure (22). 10 7. Aube (10) selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que la section de ladite embouchure (22), selon un plan perpendiculaire à la direction principale de l'aube (10) consiste en une courbe comportant : - un tronçon central (26) qui consiste en un arc de cercle concave ouvert vers l'extérieur, 15 - un tronçon amont (24) reliant l'extrémité amont (26a) du tronçon central (26) à la paroi d'intrados (12) et/ou d'extrados qui consiste en un arc de cercle convexe bombé vers l'extérieur de l'embouchure (22) et - un tronçon aval (28) reliant l'extrémité aval (26b) du tronçon central (26) à la paroi d'intrados (12) et/ou d'extrados qui consiste en un arc de cercle convexe 20 bombé vers l'extérieur de l'embouchure (22) 8. Aube (10) selon la revendication 7, caractérisée en ce que chacun du tronçon amont (24) ou du tronçon aval (28) est directement raccordé au tronçon central (26). 25 9. Aube (10) selon la revendication 7, caractérisée en ce que le tronçon amont (24) et/ou le tronçon aval (28) est raccordé au tronçon central (26) par un tronçon rectiligne (30, 34). 3053999 12 10. Aube (10) selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisée en ce que la tangente à chaque tronçon (24 - 34) de ladite section de l'embouchure (22), au niveau du raccordement dudit tronçon(24 - 34) avec un autre tronçon (24 - 34) de ladite section de l'embouchure (22) ou avec la paroi d'intrados (12) 5 et/ou d'extrados est confondue avec la tangente dudit autre tronçon (24 - 34) de ladite section de l'embouchure (22) ou de la paroi d'intrados (12) et/ou d'extrados.