Brevet FR3097786A1 — publié le 20210101

Description Titre de l'invention : Procédé de perçage d'une aube de tur- bomachine en fonction de la géométrie interne de l'aube et aube associée Domaine technique 100011 L'invention concerne de manière générale le domaine des turbomachines, et plus par- ticulièrement celui des aubes de turbines haute pression de ces turbomachines et de leur fabrication. Technique antérieure [0002] Une aube (notamment d'une turbine haute pression) d'une turbomachine comporte un pied fixé sur un disque, une tête (ou sommet), un bord d'attaque et un bord de fuite. Le bord d'attaque est configuré pour s'étendre en regard de l'écoulement des gaz entrant dans la turbomachine. Il correspond à la partie antérieure d'un profil aérodynamique qui fait face au flux d'air et qui divise l'écoulement d'air en un écoulement d'intrados et en un écoulement extrados. Le bord de fuite quant à lui correspond à la partie postérieure du profil aérodynamique, où se rejoignent les écoulements intrados et extrados. L'aube comprend également une paroi intrados et une paroi extrados reliant le bord d'attaque et le bord de fuite. [0003] Les aubes sont soumises à de fortes contraintes thermiques et nécessitent d'être re- froidies pour supporter ces températures. Elles sont pour cela creuses et traversées par des cavités internes dans lesquelles circule un gaz de refroidissement, habituellement prélevé au niveau d'un des étages de compression. [0004] Pour réaliser ces différentes cavités internes, qui ont des formes complexes et dont la géométrie doit être respectée avec une grande précision, les aubes sont classiquement produites par une technique connue sous le nom de fonderie à la cire perdue. Cette technique consiste schématiquement à réaliser une ébauche d'aube en cire dans laquelle sont noyés des noyaux en céramique qui reproduisent les cavités à venir. L'aube en cire est ensuite noyée dans une carapace, par exemple en matériau réfractaire, puis les noyaux sont éliminés par voie chimique, laissant à leur place les cavités internes et de baignoire recherchées. [0005] Les cavités internes s'étendent sur la hauteur de l'aube et sont alimentées en gaz de refroidissement par des canalisations les reliant au pied de l'aube. Un ensemble de perçages sont outre réalisés dans les parois intrados et extrados de l'aube afin de participer à Faction de refroidissement de l'aube en faisant communiquer les cavités internes de l'aube avec l'extérieur. [0006] Lors de la fabrication de l'aube, les coordonnées d'entrée et de sortie des perçages 2 sont recalées à partir du profil extérieur de l'aube. Pour cela, on réalise un recalage par palpage de zones de référence sur le profil de la pale. [0007] Cependant, il apparaît qu'un tel recalage via le profil extérieur de l'aube n'est pas suffisant pour garantir le débouchage des perçages dans les cavités internes. En effet, ce recalage ne tient pas compte de la variabilité du positionnement des cavités internes dans l'aube dû à un éventuel déport de tout ou partie des noyaux lors de la fabrication de l'aube. [0008] Or, le perçage non débouchant des orifices forme des sillons dans l'aube qui dégradent localement sa tenue mécanique en créant des zones de concentration de contrainte. Par ailleurs, il dégrade la qualité des paramètres de proccss, notamment les signaux électriques utilisés pour le pilotage de la machine de perçage, et augmente le risque de non détection du débouchage. [0009] Cela implique donc le traitement de dérogations et un taux de rebut non négligeables sur des pièces à forte valeur ajoutée en fin de gamme de fabrication. Exposé de l'invention [0010] Un but de l'invention est de proposer un procédé de perçage ne présentant pas les in- convénients précités, qui permette de percer des orifices d'évacuation dans une aube d'une turbomachine débouchant dans la ou les cavités internes de ladite aube, quel que soit le positionnement de la ou des cavités, sans pour autant alourdir le proccss actuel en termes de coût ou de durée d'exécution. [0011] Un autre but de l'invention est de réduire le taux de rebut et le traitement des dé- rogations des aubes de turbomachine comprenant des orifices d'évacuation. [0012] Il est à cet effet proposé, selon un premier aspect de l'invention un procédé de perçage d'au moins un orifice d'évacuation dans une aube d'une turbomachine, ladite aube comprenant une paroi délimitant au moins une cavité interne de refroidissement, le procédé comprenant les étapes suivantes : SI : effectuer une mesure volumique de l'aube afin d'obtenir un modèle volumique dans un référentiel donné, S2 : déterminer, à partir du modèle volumique de l'aube, la position d'une surface de l'au moins une cavité interne de l'aube dans le référentiel donné, S3 : déterminer un vecteur de perçage de la paroi de l'aube dans le référentiel donné, ledit vecteur de perçage reliant un point d'entrée sur une face externe de la paroi de l'aube et un point de sortie compris dans la surface de l'au moins une cavité interne, et S4 : percer la paroi de l'aube suivant le vecteur de perçage ainsi déterminé afin de former un orifice d'évacuation. [0013] Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives du procédé de perçage sont les suivantes, prises individuellement ou en combinaison : 3 [0014] - l'étape 53 comprend les sous-étapes suivantes : déterminer un point d'entrée du perçage sur la face externe de la paroi de l'aube, déterminer le point de sortie du perçage, ledit point de sortie étant défini comme le point de la surface de l'au moins une cavité interne qui s'étend à la plus petite distance du point d'entrée du perçage, en déduire un vecteur de perçage, ledit vecteur de perçage reliant le point d'entrée au point de sortie. le procédé en outre une étape de recalage de la position de la surface de l'au moins une cavité interne déterminée à l'étape 52 par rapport à une position théorique de ladite surface. l'aube comprend au moins deux cavités internes, un orifice d'évacuation débouchant dans chaque cavité interne, lesdites cavités internes étant reliées par un canal, et l'étape 55 comprend le rccalage de la position de la surface de chaque cavité interne par rapport à une position théorique desdites surfaces. l'étape 55 comprend les sous-étapes suivantes : identifier une position de chaque canal dans le référentiel donné, définir des zones excluant ces canaux et segmenter les zones ainsi définies pour aligner la position de la surface de chaque cavité interne par rapport à une position théorique desdites surfaces. l'étape 52 comprend les sous-étapes suivantes : définir une zone d'intérêt dans le modèle volumique et détecter la surface de l'au moins une cavité par traitement d' i mage. l'étape de détection de la surface est réalisée par détection de contours. [0015] Selon un deuxième aspect, l'invention propose une aube d'une partie tournante d'une turbomachine, notamment d'une turbine haute pression, ladite aube comprenant une paroi délimitant au moins une cavité interne de refroidissement et au moins un perçage traversant ladite paroi et débouchant dans la cavité interne, ledit perçage étant réalisé lors d'un procédé de perçage comme décrit ci-dessus. [0016] Selon un troisième aspect, l'invention propose une partie tournante d'une tur- bomachine comprenant notamment un étage de turbine haute pression, ladite partie tournante comprenant une aube comme décrite ci-avant. [0017] Selon un quatrième aspect, l'invention propose un aéronef comprenant une telle partie tournante. [0018] Selon un cinquième aspect, l'invention propose un produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code pour l'exécution d'un procédé de perçage d'orifices d'évacuation dans une aube d'une turbomachine comme décrit ci-dessus. [0019] Selon un sixième aspect, l'invention propose un moyen de stockage lisible par un équipement informatique sur lequel un produit programme d'ordinateur comprend des instructions de code pour l'exécution d'un procédé de perçage d'orifices d'évacuation dans une aube d'une turbomachine comme décrit ci-dessus. Brève description des dessins [0020] D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la des- cription qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : [0021] [fig.11 La figure 1 est une vue très schématique et en coupe d'un exemple de réa- lisation d'une aube comprenant trois cavités internes sur laquelle a été représenté un orifice d'évacuation. [0022] [fig.21 La figure 2 est un organigramme représentant différentes étapes d'un procédé de perçage conforme à un mode de réalisation de l'invention. [0023] Sur l'ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques. Description des modes de réalisation [0024] Une aube 1 de turbomachine comprend, de manière connue en soi et comme détaillé ci-avant, un pied configuré pour être fixé sur un disque, par exemple un disque de rotor, un sommet, un bord d'attaque, un bord de fuite, ainsi qu'une paroi externe 2 comprenant une paroi intrados et une paroi extrados qui relient le bord d'attaque et le bord de fuite et définissent la surface 5 aérodynamique de l'aube 1. [0025] L'aube 1 comprend également une ou plusieurs cavités internes 3 de refroidissement s'étendent sur la hauteur de l'aube 1, entre son pied et son sommet, et délimitées chacune par une surface 5 respective. Par exemple, l'aube 1 peut comprendre entre trois et cinq cavités internes 3. Ces cavités internes 3 sont alimentées en gaz de refroidissement par des canal 6isations les reliant au pied de l'aube 1. 100261 Par ailleurs, l'aube 1 comprend une série d'orifices d'évacuation 4 formés dans la paroi intrados et dans la paroi extrados et mettant en communication fluidique les cavités internes 3 avec l'extérieur de l'aube 1. Ces orifices d'évacuation 4 présentent un faible diamètre, typiquement de l'ordre de quelques dixièmes de millimètres, et peuvent notamment être obtenus par électroérosion (Electrical Discharge Machine en anglais. EDM). 100271 De préférence, l'aube 1 est configurée pour être fixée sur un disque d'une partie tournante, typiquement d'un étage de turbine haute pression. Ceci n'est cependant pas limitatif, l'invention s'appliquant à toute aube 1 de turbomachine comprenant au moins une cavité interne 3 délimitée par une paroi dans laquelle sont formés un ou plusieurs orifices traversants. 100281 Afin de garantir que les orifices d'évacuation 4 percés dans la paroi externe 2 dé- bouchent dans l'une au moins de ses cavités internes 3, l'invention propose de recaler le point de sortie P2 du vecteur V de perçage par rapport à la position réelle de la ou des cavités internes 3 afin de tenir compte des éventuels déports des noyaux lors de la fabrication de l'aube 1. [0029] Pour cela, il est proposé un procédé S de perçage d'orifices d'évacuation 4 comprend les étapes suivantes : [0030] S1 : effectuer une mesure volumique de l'aube 1 afin d'obtenir un modèle volumique dans un référentiel donné, [0031] S2 : déterminer, à partir du modèle volumique de l'aube 1, la position de la surface 5 de la ou des cavités internes 3 de l'aube 1 dans le référentiel donné, [0032] S3 : déterminer un vecteur V de perçage de la paroi externe 2 de l'aube 1 en vue de déboucher dans au moins l'une des cavités internes 3 dans le référentiel donné et [0033] S4 : percer la paroi externe 2 de l'aube 1 suivant le vecteur V de perçage ainsi déterminé afin de former un orifice d'évacuation 4. [0034] Les étapes S2 et S3 pouvant être automatisées, elles peuvent être mises en oeuvre en temps masqué entre l'étape Si de mesure volumique et l'étape S4 de perçage. [0035] L'étape S1 peut notamment être réalisée par tomographie par rayons X de l'aube I. De préférence la précision de cette étape est inférieure à la tolérance sur la localisation du point de sortie P2 du perçage. Par exemple, la tomographie par rayons X peut être réalisée à haute résolution avec un détecteur du type capteur plan (« flat panel » en anglais) et un tube à rayons X micro-foyer. [0036] Le temps nécessaire pour la réalisation de la mesure de volume par tomographie est de l'ordre d'une quarantaine de minutes. Avantageusement, lorsque l'aube 1 est relativement complexe, une telle mesure peut être d'office réalisée lors des contrôles non destructifs des cavités internes 3 de l'aube 1, de sorte qu'il suffit d'exploiter les résultats de ce contrôle pour améliorer le perçage des orifices d'évacuation 4. [0037] La précision de la mesure volumique est de préférence contrôlée, par exemple en étalonnant régulièrement le scanner utilisé pour réaliser la mesure volumique et en maitrisant quantitativement les principaux bruits de mesure tels que les artefacts, l'échelle, le durcissement de faisceau, etc. [0038] Le référentiel donné peut comprendre un référentiel de la turbomachine, un ré- férentiel de la partie comprenant l'aube 1 (turbine, étage de turbine, etc.), ou un référentiel lié à la machine de perçage. [0039] L'étape S2 a pour objectif d'extraire la surface 5 de la ou des cavités internes 3 du modèle volumique obtenu à l'étape SI. [0040] Pour cela, une zone d'intérêt est d'abord prédéfinie dans un modèle volumique théorique de l'aube 1, qui peut par exemple être obtenu à partir de la CAO (acronyme de conception assistée pat- or(ilnateur) de ladite aube 1. La zone d'intérêt peut par exemple correspondre à tout ou partie de la surface 5 de l'une des cavités internes 3. La zone d'intérêt est ensuite projetée dans le modèle volumique obtenu à l'étape Si. Enfin, la position de la surface 5 correspondante des cavités 3 dans le modèle de volume obtenu à l'étape Si est déterminée à partir de cette projection grâce à un 6 traitement d'image qui peut par exemple être basé sur des variations de niveau de gris, typiquement par détection de contours. [0041] Les phases de définition de la zone d'intérêt, de projection et de détermination dc la surface 5 des cavités 3 sont réitérées pour une pluralité dc zones d'intérêt, jusqu'à ce que la position de la surface 5 de l'ensemble des cavités 3 soit déterminée dans le référentiel donné. [0042] Avantageusement, cette méthode de segmentation est robuste malgré les dé- formations locales de la surface 5 des cavités internes 3. [0043] Optionnellement, le procédé S comprend en outre une étape S5 de recalage de la position de la surface 5 des cavités internes 3 déterminées à l'étape S2 par rapport à une position théorique desdites surfaces 5. Cette étape de recalage peut être appliquée à l'intégralité de la surface 5 de la ou des cavités internes 3, ou en variante à une portion seulement qui correspond à la portion dc la surface 5 comprenant un point de sortie P2 du perçage. Dans ce cas, la portion de surface est choisie de sorte à présenter une dimension suffisante afin de garantir la robustesse et la qualité du recalage. Dans tous les cas, l'étape de recalage est appliquée à toutes les cavités 3 dans lesquelles débouche au moins un orifice d'évacuation 4 afin de compenser d'éventuels déports hétérogènes des noyaux lors de la fabrication de l'aube 1. Cette stratégie est ainsi adaptée lorsque l'aube 1 comprend plusieurs cavités internes 3 formées à partir de noyaux complexes susceptibles de se déplacer indépendamment les uns des autres (malgré un éventuel assemblage desdits noyaux). [0044] Le recalage peut notamment être réalisé en identifiant, dans le modèle de volume obtenu à l'étape Si, les canaux 6 reliant les cavités internes 3. Des zones excluant ces canaux 6 sont ensuite définies dans le modèle de volume obtenu à l'étape Si puis segmentées afin les aligner avec les zones correspondantes des surfaces 5 des cavités internes 3 du modèle volumique théorique (recalage du type « best fit »). La surface extérieure de l'aube réelle est en effet très proche de celle du modèle de volume. Grâce au recalage extérieur, et comme l'aube réelle n'a pas été rebutée et a donc des dimensions proches de celles du modèle de volume, il suffit de prendre la même zone d'intérêt dans le modèle de volume et sur l'aube réelle, qui sont ainsi très semblables. On effectue alors un recalage type « best fit » qui permet de trouver la superposition de ces deux zones d'intérêt qui minimise les écarts au niveau des contours. [0045] Au cours de l'étape S3, le vecteur V de perçage de la paroi externe 2 de l'aube 1 est déterminé dans le référentiel donné pour un orifice d'évacuation 4 donné, de sorte que cet orifice d'évacuation 4 débouche effectivement dans une cavité interne 3 donnée de l'aube I. [0046] Le vecteur V de perçage correspond au vecteur V passant par un point d'entrée Pl du perçage sur la face externe de la paroi externe 2 de l'aube 1 et par un point de sortie P2 7 compris dans la surface 5 de la cavité interne 3 associée à l'orifice d'évacuation 4. [0047] Le point d'entrée Pl peut être déterminé de manière conventionnelle dans le ré- férentiel donné, par exemple par palpage de la face externe de la paroi externe 2 de l'aube 1 à l'aide d'un palpeur. Le palpagc de zones de référence, typiquement au nombre de six, permet ainsi de positionner la paroi externe 2 de l'aube 1 avec précision dans le référentiel donné (le cas échéant après application d'une matrice de passage aux coordonnées obtenues pour les zones de référence lors du palpagc). [0048] Le point de sortie P2 est défini comme un point de la surface 5 de la cavité interne 3 dans laquelle est censé déboucher l'orifice d'évacuation 4 dont la position a été obtenue et recalée à l'étape S5. Afin de garantir que le perçage de la paroi externe 2 débouche dans la cavité interne 3, le point de sortie P2 est défini de sorte à correspondre au point de la surface 5 qui se trouve à la plus petite distance du point d'entrée PI. Cette détermination du point de sortie P2 permet en outre de rendre sa position relative répétable par rapport aux perturbateurs (c'est-à-dire les reliefs permettant de mieux refroidir l'aube) 1. [0049] Les coordonnées du point de sortie P2 ainsi défini sont alors déterminées dans le ré- férentiel donné. [0050] On comprendra que, lorsque le noyau formant la cavité 3 s'est déporté lors de la fa- brication de l'aube 1 et que la position de surface 5 de la cavité 3 ne correspond pas à sa position théorique, le vecteur V de perçage obtenu suite à l'étape S3 est différent du vecteur V de perçage théorique passant par le point d'entrée PI. [0051] Les coordonnées du point d'entrée PI et du point de sortie P2 dans le référentiel donné sont alors entrées dans le programme de la machine de perçage. Le cas échéant, lorsque le référentiel donné ne correspond pas au référentiel de la machine, une matrice de passage est préalablement appliquée à ces coordonnées. [0052] La paroi externe 2 de l'aube 1 peut alors être percée suivant le vecteur V de perçage ainsi déterminé afin de former un orifice d'évacuation 4 (étape S4). Par exemple, le perçage peut être réalisé de manière conventionnelle par électroérosion. [0053] Le cas échéant, la machine de perçage peut être reliée à un serveur sur lequel un produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code pour l'exécution du procédé S de perçage S a été mis à disposition. Le programme est de préférence spécifique à chaque aube 1. La machine peut alors charger le programme en début de séquence via une requête comprenant le numéro de série de l'aube 1. 8 [Revendication I] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] REVENDICATIONSProcédé (S) de perçage d'au moins un orifice d'évacuation (4) dans une aube (1) d'une turbomachine, ladite aube (1) comprenant une paroi (2) délimitant au moins une cavité interne (3) de refroidissement, le procédé comprenant les étapes suivantes : SI : effectuer une mesure volumique de l'aube (1) afin d'obtenir un modèle volumique dans un référentiel donné, S2 : déterminer, à partir du modèle volumique de l'aube (1), la position d'une surface (5) de l'au moins une cavité interne (3) de l'aube (I) dans le référentiel donné, S3 : déterminer un vecteur (V) de perçage de la paroi (2) de l'aube (1) dans le référentiel donné, ledit vecteur (V) de perçage reliant un point d'entrée (P1) sur une face externe de la paroi (2) de l'aube (1) et un point de sortie (P2) compris dans la surface (5) de l'au moins une cavité interne (3), et S4: percer la paroi (2) de l'aube (1) suivant le vecteur (V) de perçage ainsi déterminé afin de former un orifice d'évacuation (4). Procédé (S) selon la revendication 1, dans lequel l'étape S3 comprend les sous-étapes suivantes : - déterminer un point d'entrée (P1) du perçage sur la face externe de la paroi (2) de l'aube (1) - déterminer le point de sortie (P2) du perçage, ledit point de sortie (P2) étant défini comme le point de la surface (5) de l'au moins une cavité interne (3) qui s'étend à la plus petite distance du point d'entrée (P1) du perçage, - en déduire un vecteur (V) de perçage, ledit vecteur (V) de perçage reliant le point d'entrée (P1) au point de sortie (P2). Procédé (S) selon l'une des revendications 1 ou 2, comprenant en outre une étape (S5) de recalage de la position de la surface (5) de l'au moins une cavité interne (3) déterminée à l'étape S2 par rapport. à une position théorique de ladite surface (5). Procédé (S) selon la revendication 3, dans lequel l'aube (1) comprend au moins deux cavités internes (3), un orifice d'évacuation (4) débouchant dans chaque cavité interne (3), lesdites cavités internes (3) étant reliées par un canal (6), et l'étape S5 comprend le recalage de la position de la surface (5) de chaque cavité interne (3) par rapport à une position théorique desdites surfaces (5). 9 [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10] [Revendication 11] [Revendication 12] Procédé (S) selon la revendication 4, dans lequel l'étape 55 comprend les sous-étapes suivantes : - identifier une position de chaque canal (6) dans le référentiel donné, - définir des zones excluant ces canaux (6) et - segmenter les zones ainsi définies pour aligner la position de la surface (5) de chaque cavité interne (3) par rapport à une position théorique desdites surfaces (5). Procédé (S) selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel l'étape S2 comprend les sous-étapes suivantes : - définir une zone d'intérêt dans le modèle volumique et - détecter la surface (5) de l'au moins une cavité (3) par traitement d'image. Procédé (S) selon la revendication 6, dans lequel l'étape de détection de la surface (5) est réalisée par détection de contours. Aube d'une partie tournante d'une turbomachine, notamment d'une turbine haute pression, ladite aube (1) comprenant une paroi (2) délimitant au moins une cavité interne (3) de refroidissement et au moins un perçage traversant ladite paroi (2) et débouchant dans la cavité interne (3), ledit perçage étant réalisé lors d'un procédé (S) de perçage selon l'une des revendications 1 à 7. Partie tournante d'une turbomachine comprenant notamment un étage de turbine haute pression, ladite partie tournante comprenant une aube (1) selon la revendication 8. Aéronef comprenant une partie tournante selon la revendication 9. Produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code pour l'exécution d'un procédé (S) de perçage d'orifices d'évacuation (4) dans une aube (1) d'une turbomachine selon l'une des revendications 1 à 7. Moyen de stockage lisible par un équipement informatique sur lequel un produit programme d'ordinateur comprend des instructions de code pour l'exécution d'un procédé (S) de perçage d'orifices d'évacuation (4) dans une aube (1) d'une turbomachine selon l'une des revendications 1 à 7.