Brevet FR3084162A1 — publié le 20200124

DOMAINE TECHNOLOGIQUE L'invention concerne une machine et un montage d'essais, et plus 5 précisément une machine et un montage d'essais destinés à tester en fatigue vibratoire le comportement d'une pièce ayant un tenon comportant au moins une partie en queue d'aronde. Le tenon est une partie de la pièce agencée en saillie, de manière à pouvoir s'emboîter dans une mortaise correspondant d'une autre pièce. 10 Une partie de tenon ayant une forme 'en queue d'aronde' est une partie du tenon qui présente une largeur croissante, dans le sens allant de la base du tenon à son extrémité, comme une queue d'hirondelle. Cette forme permet que, lorsque la partie en queue d'aronde est placée dans une mortaise prévue pour la recevoir, la partie en queue d'aronde est 15 empêchée de se déplacer dans la direction allant de l'extrémité vers la base du tenon, dite direction d'extraction. Les pièces susceptibles d'être testées au moyen du montage d'essai selon l'invention peuvent être de tous types, mais l'invention concerne principalement les aubes de turbine, notamment les aubes de 20 turbomachines aéronautiques, dont le pied présente un tenon comportant au moins une partie en queue d'aronde. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Lorsqu'une aube de turbine est en exploitation, elle est soumise 25 d'une part à des forces centrifuges, et d'autre part à des vibrations plus ou moins permanentes. Du fait de ces sollicitations, des microfissures peuvent apparaître au sein de l'aube, ces microfissures pouvant conduire à terme à la destruction de l'aube. Pour mieux connaître le comportement d'une aube soumise à de 30 telles sollicitations, de manière connue en soi on soumet des aubes à des tests de fatigue. Ces tests consistent à soumettre des aubes à des sollicitations représentatives de celles auxquelles elles sont exposées pendant leur exploitation, c'est-à-dire un chargement comprenant d'une part une poussée axiale représentative des forces centrifuges auxquelles 35 sont exposées les aubes, et d'autre part des vibrations. Pour pouvoir réaliser ces tests, on utilise un montage d'essai sur lequel on fixe une aube à tester. Pour assurer la réussite de l'essai, l'aube doit être montée de manière parfaitement rigide sur le montage d'essai, et les conditions de fixation doivent être représentatives des conditions de fonctionnement de l'aube en exploitation. Ces conditions de fonctionnement sont illustrées par la figure 1, qui représente une partie d'un disque de rotor 50, et une partie d'une aube 60 fixée sur le disque de rotor 50. L'aube 60 comporte un profilé aérodynamique 62, relié à un pied 10 d'aube 64 constitué par une plate-forme 66 et un tenon 68. Le tenon 68 est en forme de queue d'aronde, puisqu'il présente une largeur croissante dans le sens allant de la base du tenon (en haut sur la Fig.1) à l'extrémité du tenon (en bas sur la Fig.1). Le tenon 68 présente des surfaces d'appui 70A et 70B agencées sur 15 les deux côtés opposés du tenon, chaque surface d'appui présentant une contre-dépouille par rapport à la direction d'extraction (Z) du tenon (direction dirigée vers le haut, sur la Fig.1. Cette direction correspond à la direction longitudinale de l'aube 60, et est une direction radiale lorsque l'aube est intégrée dans une roue à aubes). 20 Pour assurer la fixation du tenon 68, et donc de l'aube 60, le disque de rotor 50 présente un premier lobe 54A et un deuxième lobe 54B. Ces lobes 54A,54B sont configurés pour être en contact avec les surfaces d'appui 70A,70B du tenon 68 et, dans cette position, pour empêcher que le tenon 68 ne se déplace radialement dans le sens centrifuge par rapport 25 au disque de rotor (c'est-à-dire, suivant la direction d'extraction). Au sein du disque de rotor 50, les lobes 54A,54B délimitent une rainure 52, dont ils forment les côtés opposés. Cette rainure 52 est donc agencée de telle sorte que le tenon 68 puisse être placé entre les lobes, des surfaces d'appui 56A,56B des lobes 54A,54B venant alors en appui 30 contre les surfaces d'appui 70A,70B du tenon 68. En exploitation, l'aube 60 est soumise à des forces centrifuges F dirigées suivant la direction Z. Sous l'effet de ces forces, les surfaces d'appui 70A et 70B du tenon 68 sont pressées contre les surfaces d'appui correspondantes 56A,56B des lobes 54A,54B, ce qui assure le blocage de 35 l'aube 60 par rapport au disque de rotor 50. Pour tester la résistance en fatigue d'aubes soumises à des conditions d'exploitation similaires à celles auxquelles est soumise l'aube 60, on réalise des tests de fatigue. La figure 2 présente un montage d'essai 10 connu utilisé pour 5 réaliser de tels tests, montage qui est présenté par le document EP 2 351 631. Sur cette figure, le montage d'essais 10 est représenté avec l'aube 60. Ce montage 10 est constitué principalement par trois pièces : un support 12, un piston 14, et une vis 16. Le montage 10 est configuré pour assurer le blocage de l'aube 60 en position fixe ; le support 12 est configuré pour coopérer avec le piston 14, de manière à constituer un mors venant serrer et bloquer le pied d'aube. Le support 12 est constitué essentiellement par un bloc de métal usiné. Sur sa partie supérieure, le support 12 présente un passage 20 dans lequel le tenon 68 du pied d'aube, qui est en forme de queue d'aronde, est placé lors des essais. Ce passage 20 présente sur les côtés des surfaces d'appui 21 en contre-dépouille, qui sont agencées de manière à empêcher un mouvement du tenon 68 vers le haut (suivant la direction Z) dans le passage 20. Cependant, le passage 20 est évasé vers le bas, et pour cette raison ne permet pas à lui seul d'immobiliser totalement le tenon du pied d'aube 68 par rapport au support 12. Pour réaliser cette immobilisation complète, le montage d'essai 10 25 comporte de plus des moyens de blocage de l'aube 60 dans le passage 20, constitués par une chambre 26 aménagée dans le support 12, par le piston 14 et la vis 16. Comme on le voit sur la Fig.2, sous le tenon 68, le support 12 comporte la chambre 26 dans laquelle est disposé le piston 14. 30 La paroi inférieure 30 de la chambre 26 située en face du tenon 68 mais du côté de la chambre 26 opposé au tenon 68, présente une surface supérieure 32 inclinée par rapport à la direction horizontale X représentée sur la Fig.2, qui est perpendiculaire à la direction d'extraction Z. 35 Le piston 14 est une pièce destinée à appliquer une poussée et qui présente la forme d'un bloc, ou d'un coin. Le piston 14 est disposé dans la chambre 26. Il présente une surface supérieure 14A qui est horizontale, et une surface inférieure 14B qui présente la même inclinaison que la surface 32 par rapport à la direction Z. 5 La vis 16 passe dans un trou fileté 28 d'axe horizontal X, aménagé dans une paroi latérale 34 du support 12. Le support 12, la cale 14, la vis 16 sont agencés de telle sorte que, lorsque l'on visse la vis 16 dans le trou 28, l'extrémité de la vis située dans la chambre 26 appuie sur la cale 14 et déplace celle-ci en la contraignant 10 à s'éloigner de la paroi 34. Au cours de ce déplacement, la cale 14 se déplace à la fois vers la droite et vers le haut à cause de la pente de la surface 32 qui coopère avec la surface 14B. La surface supérieure 14A du piston 14 se déplace également à la 15 fois vers la droite et vers le haut. Elle rentre donc en contact avec la surface inférieure 68B du tenon 68 et bloque alors celui-ci contre les surfaces d'appui 21 du passage 20. Ce montage d'essai 10 permet de bloquer efficacement l'aube 60. Cependant, comme la cale se déplace en biais lorsque l'on visse la vis 16, 20 la cale applique des efforts latéraux sur le tenon 68. Ces efforts ne sont pas représentatifs des conditions réelles d'exploitation de l'aube 60. Il existe donc un besoin pour un montage d'essai permettant de réaliser des tests de fatigue sur des pièces présentant un tenon, comme par exemple des aubes de turbine, montage qui n'impose pas des efforts parasites en cisaillement sur le tenon au cours des essais. OBJET ET RESUME DE L'INVENTION L'objectif de l'invention indiqué ci-dessus est atteint grâce à un montage d'essai pour fixer une pièce ayant un tenon comportant au moins une 30 partie en queue d'aronde, et présentant deux côtés opposés ; chaque partie en queue d'aronde présentant deux surfaces d'appui, agencées sur les deux côtés opposés du tenon, chaque surface d'appui présentant une contre-dépouille par rapport à une direction d'extraction du tenon ; 35 le montage comportant un support et un piston ; 5 le support comportant, pour chaque partie en queue d'aronde du tenon, un premier lobe et un deuxième lobe configurés pour être placés en contact avec les surfaces d'appui de la partie en queue d'aronde considérée, sur les deux côtés opposés du tenon ; et, dans cette position, 5 pour empêcher un mouvement de la partie en queue d'aronde considérée par rapport au support suivant la direction d'extraction ; le support étant configuré pour permettre que le piston exerce un appui sur le tenon suivant la direction d'extraction de manière à bloquer celui-ci contre les lobes. 10 De plus dans le montage d'essai, le support comporte un passage dans lequel le piston est monté de manière coulissante ; le piston présente une surface d'appui configurée pour venir en appui sur le tenon et une surface de commande inclinée par rapport à la direction d'extraction ; 15 le montage d'essai comporte en outre une cale présentant une surface inclinée prévue pour coopérer avec la surface inclinée du piston, de telle sorte qu'une translation de la cale suivant une direction de translation de cale sensiblement perpendiculaire à la direction d'extraction entraîne un déplacement du piston suivant la direction d'extraction ; et 20 le support est configuré pour permettre le déplacement de la cale en translation suivant la direction de translation de cale, et pour assurer un blocage de celle-ci dans une position dans laquelle celle-ci plaque le piston contre le tenon ce qui assure le blocage du tenon entre les lobes et le piston. 25 Le montage d'essai défini ci-dessus présente une structure bien différente du montage connu présenté précédemment dans la mesure où il comporte un piston monté de manière coulissante dans le passage du support, et une cale qui sert à appliquer une force à ce piston. C'est ce piston qui transmet la force appliquée au piston au tenon de la pièce testée. Comme le piston se déplace en translation dans le passage du support, il applique sur le tenon un effort dirigé suivant l'axe du passage (qui correspond à la direction d'extraction), et bloque ainsi le tenon contre les lobes du support. Avantageusement, l'appui du piston sur le tenon est dirigé suivant la direction d'extraction, et ne comporte pas d'efforts en cisaillement. Grâce à cela, le montage d'essai proposé permet de reproduire de manière réaliste les conditions mécaniques auxquelles est soumise la pièce testée. Le montage peut être réalisé de différentes manières. Dans un mode de réalisation, le support comporte une chambre agencée 5 en face d'une extrémité du passage à un côté opposé aux lobes, et dans laquelle se trouve la cale. La chambre peut notamment être délimitée par une plaque de fermeture démontable, disposée en face de l'extrémité d'actionneur du piston et du côté opposé à celle-ci. 10 Dans un mode de réalisation, le montage d'essai comporte en outre un mécanisme de translation de cale comportant un organe de déplacement apte à pousser ou tirer la cale en translation suivant la direction de translation de cale. Par exemple, la cale peut présenter au moins un trou fileté orienté suivant la direction de translation de cale, et 15 l'organe de déplacement comporte au moins une vis de serrage passant à travers une paroi du support, de telle sorte qu'un vissage de ladite au moins une vis de serrage entraîne la translation de la cale suivant la direction de translation de cale. Dans un mode de réalisation, lesdites surfaces inclinées forment un 20 angle compris entre 70° et 88° par rapport à la direction d'extraction (en vue dans un plan passant par la direction de translation de cale et la direction d'extraction). Ainsi, les surfaces inclinées forment un angle faible par rapport à la direction de translation de cale. Cela permet, avec un effort assez faible, d'exercer (par l'intermédiaire du piston) un effort 25 comparativement très important sur le tenon de la pièce testée. Dans un mode de réalisation, le ou les premiers lobes, et le ou les deuxièmes lobes forment deux côtés d'une rainure aménagée dans le support pour recevoir le tenon. Cet agencement permet de placer facilement le tenon de la pièce testée entre les lobes qui doivent servir à 30 le maintenir en place pendant le test. Dans un mode de réalisation, le piston présente une section sensiblement constante suivant la direction d'extraction. Par extension, l'invention concerne également une machine de test en fatigue vibratoire, comprenant un excitateur électrodynamique apte à 35 générer des vibrations, et un montage d'essai tel que défini précédemment, configuré pour être fixé sur l'excitateur électrodynamique. L'excitateur électrodynamique peut par exemple être un pot vibrant, ou plus généralement tout dispositif apte à générer des vibrations. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS 5 L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui suit, de modes de réalisation représentés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique partielle d'une aube fixée à 10 un disque de rotor ; - la figure 2 est une vue schématique en perspective d'une partie d'un montage d'essai connu ; - la figure 3 est une vue schématique en perspective d'une partie d'un montage d'essai constituant un mode de réalisation de la présente 15 divulgation ; - la figure 4 est une vue schématique en coupe d'une machine d'essai comportant le montage d'essai de la Fig.3 ; et - la figure 5 est une vue schématique en perspective du montage d'essai de la figure 3, représenté avec une aube. 20 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En faisant référence aux figures 3 à 5, une machine de test 150 comportant un montage d'essai 110 constituant un mode de réalisation de la présente divulgation va maintenant être décrite. 25 Les éléments du montage 110 ayant une structure et/ou une fonction analogue à un élément correspondant du montage 10 portent la référence numérique de celui-ci, augmentée de 100. De manière générale, la principale différence entre le montage d'essai 110 et le montage d'essai 10 réside dans les moyens utilisés pour 30 presser le piston contre la pièce à tester (dans l'exemple présenté, cette pièce est l'aube 60). La machine de test 150 comporte un excitateur électrodynamique 140, le montage d'essai 110, et un moteur électrique 132. L'excitateur électrodynamique 140 est prévu pour appliquer des 35 vibrations cycliques à des montages d'essais, afin de tester en fatigue des pièces montées sur ces montages. Dans l'exemple présenté, l'excitateur électrodynamique 140 sert donc à appliquer des vibrations au montage 110, et donc à l'aube 60 qui fait l'objet de tests de résistance en fatigue. Pour la réalisation de ces tests, le montage 110 est fixé rigidement 5 sur le plateau supérieur horizontal 142 de l'excitateur électrodynamique 140, par des moyens de fixation non représentés, en l'occurrence des vis. Lors d'un test, le plateau 142 vibre. Dans l'exemple proposé, ces vibrations sont transmises au montage 110 et donc à l'aube 60, ce qui permet de tester la résistance à la fatigue du pied d'aube 64 de l'aube 60, 10 dans des conditions représentatives de celles auxquelles celle-ci est soumise en exploitation. Le montage 110 est agencé de la manière suivante. Le montage 110 comporte un support 112 en deux parties 112A et 112B, une cale 118, une vis 116, et un piston 114. 15 Le support 112 a une forme générale de parallélipipède rectangle. Dans sa partie supérieure, il comporte une rainure 122 qui est ouverte sur sa surface supérieure et qui est un des éléments principaux pour la fixation du tenon 68 sur le montage 110. Comme dans le montage 10, cette rainure 122 est formée entre des 20 lobes 154A et 154B du support 112 qui se font face. Ces lobes 154A et 154B présentent des surfaces d'appui en contredépouille qui servent, lorsque le tenon 68 du pied d'aube 64 est placé dans la rainure 122, à bloquer les surfaces d'appui du tenon 68 entre les lobes 54A,5413 et ainsi à empêcher un mouvement de l'aube vers le haut. La direction verticale 25 montante Z est donc la 'direction d'extraction' au sens de l'invention. Cependant, comme dans le montage 10, pour assurer une fixation complète du tenon 68 dans le montage 110, il est également nécessaire qu'une force d'appui dirigée vers le haut vienne presser le tenon 68 contre les lobes 154A,154B du support 112. 30 Dans ce but, une chambre 126 est aménagée à l'intérieur du support 112 et contient une cale 118. La chambre 126 est agencée de manière à permettre le déplacement de la cale 118 suivant une direction horizontale X. Du côté inférieur, la chambre 126 est fermée par un fond, qui 35 constitue la partie inférieure 1128 du support, et est fixé sous la partie supérieure 112A du support 112 par des vis. De plus, dans la partie supérieure 112A du support 112 est agencé un passage 120, qui traverse verticalement la partie supérieure 112A du support : son extrémité inférieure débouche dans la chambre 126, alors que son extrémité supérieure débouche au fond de la rainure 122. 5 Plus précisément, l'extrémité supérieure du passage 120 débouche en face de la surface inférieure 68B du tenon 68 : cela permet que, lorsque le piston 114 est poussé vers le haut, la surface supérieure 114A du piston 114 appuie sur le tenon 68 et bloque ainsi celui-ci contre les lobes 154A et 154B. 10 Le piston 114 est naturellement monté de manière coulissante dans le passage 120. Pour presser le piston 114 vers le haut, la cale 118, la vis 116 et le moteur 132 sont configurés de la manière suivante. Le piston 114 présente une surface inférieure 1148 inclinée. Cette 15 inclinaison apparaît notamment dans la section contenant la direction horizontale X et la direction d'extraction Z, représentée sur la Fig.4. La cale 118 est une pièce en forme de coin, disposée dans la chambre 26. Elle présente une surface supérieure 118A inclinée, parallèle à la surface 114B, et une surface inférieure 118B horizontale. 20 Dans le mode de réalisation présenté, les surfaces inclinées 114B et 118A sont planes. Elles forment un angle a de 85° par rapport à la direction d'extraction Z. La vis 116 passe dans un trou lisse 128 d'axe horizontal X aménagé dans une paroi latérale verticale 134 du support 112. Son extrémité est 25 vissée dans un trou fileté horizontal 118C traversant la cale 118 suivant l'axe X. L'arbre de sortie 132A du moteur 132 est en prise avec la tête de la vis 116 et permet donc de visser ou dévisser la vis 116. Comme le montage 110, le moteur 132 est fixé sur le plateau 142 de l'excitateur 30 électrodynamique 140. Dans le mode de réalisation présenté, la vis 116 est utilisée en traction de la manière suivante. Lorsque le moteur 132 fait tourner la tête de la vis 116, la vis 116 est entraînée en rotation autour de l'axe X. Sa tête étant en appui sur la 35 paroi 134, la vis 116 ne peut se déplacer dans la direction opposée à la direction X. Par conséquent, sous l'effet de cette rotation, l'extrémité de la 10 vis en prise dans le trou fileté 118C de la cale 118 force la cale 118 à se déplacer suivant la direction X. La surface supérieure 118A de la cale 118 vient alors en contact avec la surface inférieure 1146 du piston 114 puis applique une pression 5 sur cette surface. Le piston 114 étant placé dans le passage 120, il ne peut se déplacer que suivant la direction verticale. Sous l'effet de la pression appliquée par la cale 118 à la surface 114B du piston, celui-d est donc poussé vers le haut. Sa surface supérieure 114A entre donc en contact 10 avec la surface inférieure 68B du tenon et vient appuyer sur celle-d. Sous l'effet de cette pression, le tenon 68 est donc plaqué contre les lobes 154A et 154B, et par conséquent est bloqué rigidement contre ces lobes, ce qui assure son maintien en position fixe pendant les essais. Le moteur 132 et la vis 116 forment donc un mécanisme de 15 translation de cale 130, dont la vis 116 constitue l'organe de déplacement en étant apte, dans l'exemple proposé, à tirer la cale 118 en translation suivant la direction X (direction de translation de cale). Dans un autre mode de réalisation, la vis 116 aurait pu être utilisée en compression ; elle aurait alors été utilisée pour pousser la cale 118, au 20 lieu de la tirer. Quoique la présente invention ait été décrite en se référant à un exemple de réalisation spécifique, il est évident que différentes modifications et changements peuvent être effectués sur cet exemple sans 25 sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. Notamment, bien que le tenon du pied d'aube de l'aube 60 présentée précédemment ait une forme relativement simple avec une seule partie en queue d'aronde, le montage d'essai selon la présente divulgation peut naturellement être configure pour être utilisé avec des 30 aubes ou d'autres pièces analogues dont le pied présente un tenon de forme bien plus complexe, notamment une forme en « pied de sapin » avec plusieurs parties en queue d'aronde successives. En outre, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation évoqués peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par 35 conséquent, REVENDICATIONS1. Montage d'essai (110) pour fixer une pièce ayant un tenon (68) 5 comportant au moins une partie en queue d'aronde, et présentant deux côtés opposés ; chaque partie en queue d'aronde présentant deux surfaces d'appui (70A,70B), agencées sur les deux côtés opposés du tenon (68), chaque surface d'appui présentant une contre-dépouille par rapport à une 10 direction d'extraction (Z) du tenon ; le montage comportant un support (112) et un piston (114); le support (112) comportant, pour chaque partie en queue d'aronde du tenon, un premier lobe (154A) et un deuxième lobe (1548) configurés pour être placés en contact avec les surfaces d'appui (70A,70B) de la 15 partie en queue d'aronde considérée, sur les deux côtés opposés du tenon ; et, dans cette position, pour empêcher un mouvement de la partie en queue d'aronde considérée par rapport au support (112) suivant la direction d'extraction (Z) ; le montage d'essai se caractérisant en ce que 20 le support comporte un passage (116) dans lequel le piston (114) est monté de manière coulissante ; le piston (114) présente une surface d'appui (114A) configurée pour venir en appui sur le tenon (68) et une surface de commande (114B) inclinée par rapport à la direction d'extraction (Z) ; 25 le montage d'essai (110) comporte en outre une cale (118) présentant une surface inclinée (118A) prévue pour coopérer avec la surface de commande inclinée (114B) du piston, de telle sorte qu'une translation de la cale (118) suivant une direction de translation de cale (X) sensiblement perpendiculaire à la direction d'extraction (Z) entraîne un 30 déplacement du piston (114) suivant la direction d'extraction (Z), le support (112) est configuré pour permettre le déplacement de la cale (118) en translation suivant la direction de translation de cale (X), et pour assurer un blocage de celle-ci dans une position dans laquelle celle-d met le piston (114) en appui contre le tenon (68) ce qui assure le blocage 35 du tenon entre les lobes (54A,54B) et le piston (114). 12 2. Montage d'essai suivant la revendication 1, dans lequel le support (112) comporte une chambre (126) agencée en face d'une extrémité du passage (116) à un côté opposé aux lobes, et dans laquelle se trouve la cale. 3. Montage d'essai suivant la revendication 1 ou 2, comportant en outre un mécanisme de translation de cale (130) comportant un organe de déplacement (116) apte à pousser ou tirer la cale (118) en translation suivant la direction de translation de cale (X). 4. Montage d'essai suivant la revendication 3, dans lequel la cale (118) présente au moins un trou fileté (118C) orienté suivant la direction de translation de cale (X), et l'organe de déplacement comporte au moins une vis de serrage (116) passant à travers une paroi (134) du support, de telle sorte qu'un vissage de ladite au moins une vis de serrage (116) entraîne la translation de la cale (118) suivant la direction de translation de cale (X). 5. Montage d'essai suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel lesdites surfaces inclinées (118A,114B) forment un angle 20 compris entre 70° et 88° par rapport à la direction d'extraction (Z). 6. Montage d'essai suivant suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, dont le(s)dit(s) premier(s) lobe(s) et le(s)dit(s) deuxième(s) lobe(s) (154A,154B) forment deux côtés d'une rainure (122) aménagée dans le 25 support (112) pour recevoir le tenon (68). 7. Montage d'essai suivant suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le piston (118) présente une section sensiblement constante suivant la direction d'extraction (Z). 30 8. Machine de test (150) en fatigue vibratoire, comprenant un excitateur électrodynamique (140) apte à générer des vibrations, et un montage d'essai (110) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, configuré pour être fixé sur l'excitateur électrodynamique (140).