Brevet FR3097028A1 — publié le 20201211

Description Titre de l'invention : Procédé de fabrication d'un tube à flamme pour une turbomachine Domaine technique de l'invention [0001] L'invention concerne un procédé de fabrication d'un tube à flamme pour une tur- bomachine, notamment pour un hélicoptère ou un avion. Etat de la technique antérieure [0002] Une turbomachine comporte classiquement, d'amont en aval dans le sens de cir- culation des gaz au sein de la turbomachine, une soufflante, un ou plusieurs étages de compresseurs, par exemple un compresseur basse pression et un compresseur haute pression, une chambre de combustion, un ou plusieurs étages de turbine, par exemple une turbine haute pression et une turbine basse pression, et une tuyère d'échappement des gaz. [0003] La chambre de combustion est délimitée par des carters de révolution interne et externe coaxiaux et reliés en amont à un carter annulaire de fond de chambre. Le carter externe de la chambre est fixé sur une enveloppe externe de la turbomachine, le carter interne de la chambre pouvant être fixé sur une enveloppe interne ou relié au carter externe. [0004] La chambre de combustion comprend par ailleurs un tube à flamme ou foyer, qui est le siège de la combustion des gaz. [0005] Le tube à flamme peut être torique et à écoulement direct. Dans ce cas, il comprend des parois tumulaires réunies au niveau d'une extrémité amont par une paroi de fond et un carénage comportant des orifices de passage d'injecteurs de carburant montés sur la chambre de combustion. En variante, le tube à flamme peut être à écoulement inversé et présenter une forme annulaire coudée permettant de renvoyer l'écoulement gazeux vers l'aval de la turbomachine, en direction de la turbine. L'écoulement des gaz se fait alors successivement de l'aval vers l'amont puis à nouveau vers l'aval de la chambre de combustion. Les injecteurs sont dans ce cas généralement montés au niveau d'une surface d'extrémité ou de tête du tube à flamme. [0006] Un tube à flamme à écoulement inversé est notamment connu du document FR 2 996 289. Un tube à flamme est généralement formé de plusieurs pièces obtenues à partir de tôles embouties, puis assemblées les unes aux autres. Ces pièces subissent par ailleurs des opérations d'usinage, notamment de perçage. [0007] Un tel procédé de fabrication est relativement long et coûteux à mettre en oeuvre et ne permet pas de modifier aisément la géométrie des pièces embouties. En effet, de telles 2 modifications nécessitent le remplacement des matrices d'emboutissage, ce qui est particulièrement coûteux. [0008] L'invention vise à proposer une solution à ce problème, de façon simple, fiable et peu onéreuse. Présentation de l'invention [0009] A cet effet, l'invention concerne un procédé de fabrication d'un tube à flamme pour une turbomachine, ledit tube à flamme s'étendant autour d'un axe et comportant une paroi annulaire radialement interne et une paroi annulaire radialement externe, reliées l'une à l'autre par une paroi d'extrémité ou de tête, la paroi interne, la paroi externe et la paroi d'extrémité définissant un volume interne, au moins une partie de ladite paroi d'extrémité formant une double paroi comprenant une première partie et une seconde partie reliées l'une à l'autre et écartées l'une de l'autre de manière à délimiter un canal d'écoulement d'un flux d'air de refroidissement débouchant dans ledit volume interne, ledit canal d'écoulement comportant au moins une ouverture d'entrée d'air, ledit tube à flamme étant réalisé de façon monobloc, c'est-à-dire d'une seule pièce, par fabrication additive. [0010] Les termes axial, radial et circonférenticl sont définis par rapport à Faxe de ré- volution du tube à flamme. [0011] Un tel procédé permet de réaliser un tube à flamme de structure complexe, en une seule pièce, ne nécessitant pas de nombreuses et coûteuses étapes additionnelles d'usinage ou d'assemblage, de manière à obtenir directement un tube à flamme fini ou quasiment fini, prêt à être utilisé dans la turbomachine. [0012] Outre une opération de découpe ou d'ébavurage par exemple, le tube à flamme peut être ainsi être réalisé sans opération de reprise d'usinage. [0013] La présence de la double paroi et du canal de circulation d'air permet de refroidir la seconde partie de la double paroi, de façon à limiter les risques de détérioration de la paroi d'extrémité. Le tube à flamme peut être réalisé par frittage ou fusion sélective de poudre, par exemple à l'aide d'un faisceau laser ou d'un faisceau d'électrons. [0014] Un tel procédé comprend généralement une étape durant laquelle est déposée, sur un plateau de fabrication, une première couche de poudre d'un métal, d'un alliage métallique ou de céramique d'épaisseur contrôlée, puis une étape consistant à chauffer avec un moyen de chauffage (un faisceau laser ou un faisceau d'électrons) une zone prédéfinie de la couche de poudre, et de procéder en répétant ces étapes pour chaque couche supplémentaire, jusqu'à l'obtention, tranche par tranche, de la pièce finale. Un outillage et un procédé de fabrication d'une pièce par fusion sélective ou frittage sélectif de poudre sont par exemple décrits dans la demande de brevet français FR 3 030 323 au nom de la Demanderesse. 3 [0015] Le tube à flamme peut être réalisé par empilement de couches, la direction d'empilement des couches étant parallèle à l'axe du tube à flamme. [0016] Le tube à flamme peut être réalisé en un alliage à base de nickel ou de cobalt. [0017] La seconde partie de la double paroi peut être située du côté du volume interne du tube à flamme, ladite seconde partie comportant une première extrémité reliée à la première partie de la double paroi et une seconde extrémité libre au niveau de laquelle le canal d'écoulement du flux d'air de refroidissement débouche dans ledit volume interne. [0018] La seconde extrémité peut être l'extrémité radialement interne de la deuxième partie de la double paroi. [0019] Les première et seconde parties de la double paroi peuvent être reliées par des zones de liaison ou pontets s'étendant dans le canal d'écoulement du flux d'air de refroidissement. [0020] Les zones de liaison ou pontets permettent d'assurer la tenue mécanique de la double paroi et/ou de calibrer la section de passage du canal correspondant et de garantir la fabricabilité de cette double paroi. [0021] Les zones de liaison ou pontets peuvent s'étendre parallèlement à la direction d'empilement des couches. [0022] La première partie de la double paroi peut comporter des multiperforations dé- bouchant dans le canal d'écoulement du flux d'air de refroidissement, lesdites multiperforations formant des ouvertures d'entrée d'air. [0023] Le tube à flamme peut comporter une paroi de guidage d'un flux d'air délimitant un canal de guidage d'air de refroidissement avec la paroi d'extrémité, ledit canal débouchant dans le volume interne parallèlement à la paroi d'extrémité, ledit canal de guidage d'air comportant au moins une ouverture d'entrée d'air. [0024] En particulier, le canal de guidage d'air peut comporter des multiperforations formant une multitude d'entrée d' ah-. [0025] La paroi de guidage peut être reliée à la paroi d'extrémité par l'intermédiaire de zones de liaison ou de pontets s'étendant dans le canal correspondant. [0026] La paroi radialement interne et/ou la paroi radialement externe peuvent comporter une bride de fixation, située à l'opposé de la paroi d'extrémité. [0027] Les parois interne et/ou externe peuvent comporter des multiperforations, par exemple obtenues de façon brut. [0028] L'une au moins desdites brides peut comporter des multiperforations à proximité de la zone de liaison entre la bride et la paroi interne ou externe correspondante. [0029] L'une au moins des brides peut comporter des ailettes de refroidissement s'étendant au niveau des multiperforations correspondantes. [0030] Lesdites ailettes et les multiperforations permettent de favoriser le refroidissement de la bride correspondante. [0031] Lesdites ailettes et les ouvertures peuvent être régulièrement réparties sur la cir- conférence. [0032] L'une au moins des multiperforations ou chaque rnultiperforation peut comporter une section présentant une zone de forme carrée, rectangulaire ou losange et une zone de forme triangulaire. [0033] La paroi radialement externe peut comporter une ouverture destinée au montage d'un injecteur de carburant. [0034] Le procédé peut comporter une étape de montage d'une douille dans ladite ouverture destinée au montage de l'injecteur. [0035] La douille peut être montée par décolletage ou sertissage. [0036] La douille peut comporter un diamètre interne obtenu par usinage. Brève description des figures [0037.1 [fig.11 est une demie-vue en coupe d'un tube à flamme réalisé à l'aide du procédé selon l'invention, [0038.1 [fig.21 est une vue en coupe et en perspective d'une partie du tube à flamme de la figure 1, [0039.1 [fig.31 est une vue en perspective de détail, montrant la zone de la paroi extérieure pourvue de la bride extérieure, [0040.1 [fig.41 est une en perspective de détail montrant une partie de la paroi d'extrémité et de la paroi de guidage du tube à flamme, [0041] [fig.51 est une vue en perspective de détail montrant la zone du tube à flamme pourvue de la paroi de guidage, [0042] [fig.61 est une vue en coupe de détail montrant la zone du tube à flamme pourvue de la paroi de guidage, [0043.1 [fig.71 est une vue de détail illustrant la structure des pontets reliant notamment la paroi de guidage à la paroi d'extrémité, [0044] [fig.81 est une vue montrant l'orientation du tube à flamme lors de sa réalisation par fabrication additive. Description détaillée de l'invention 100451 Les figures 1 et 2 illustrent un tube à flamme 1 obtenu à l'aide du procédé de fa- brication selon l'invention. Le tube à flamme 1 est annulaire et s'étend autour d'un axe X. Le tube à flamme 1 est monobloc et comporte une paroi annulaire radialement interne 2 et une paroi annulaire radialement externe 3, reliées l'une à l'autre par une paroi d'extrémité ou de tête 4, la paroi interne 2, la paroi externe 3 et la paroi d'extrémité 4 définissant un volume interne 5. Les parois annulaires 2 et 3 comportent des multiperforations, par exemple obtenues de façon brut. Une partie de ladite paroi d'extrémité 4 forme une double paroi 6 comprenant une première partie 7 et une seconde partie 8 reliées l'une à l'autre et écartées l'une de l'autre de manière à délimiter un canal 9 d'écoulement d'un flux d'air de refroidissement débouchant dans ledit volume interne 5. La seconde partie 8 de la double paroi 6 est située du côté du volume interne 5 du tube à flamme 1. La seconde partie 8 comporte une première extrémité, radialement externe, reliée à la première partie 7 de la double paroi 6 et une seconde extrémité libre 8a, radialement interne, au niveau de laquelle le canal 9 d'écoulement du flux d'air de refroidissement débouche dans ledit volume interne 5. Le canal 9 débouche axialcment vers l'amont et est apte à former un film d'air venant lécher la paroi interne 2. Les première et seconde parties 7, 8 de la double paroi 6 sont reliées par des zones de liaison ou pontets 10 s'étendant dans le canal d'écoulement 9. [0046] Ledit canal d'écoulement 9 comporte des ouvertures d'entrée d'air formées par des multiperforations 11 ménagées dans la première partie 7 de la double paroi 6 Les multiperforations 11 sont régulièrement réparties le long de la surface de la première partie 7. [0047] Le tube à flamme 1 comporte en outre une paroi de guidage 12 d'un flux d'air de re- froidissement délimitant un canal 13 de guidage d'air de refroidissement avec la paroi d'extrémité, ledit canal 13 débouchant dans le volume interne 5 parallèlement à la paroi d'extrémité 4. Ledit canal 13 de guidage d'air comporte également des multiperforations 14 formant des entrées d'air et des zones de liaison ou pontets 15 reliant la paroi de guidage 12 et la paroi d'extrémité 4. Le canal de guidage 13 débouche radialement vers l'intérieur et est apte à former un film d'air venant lécher la paroi d'extrémité 4. [0048] Chaque pontet 15 comporte une première extrémité 16 (figure 7) reliée à la paroi d'extrémité 4 et une seconde extrémité 17 reliée à la paroi de guidage 12. La seconde extrémité 17 peut comporter une zone de raccordement 18 s'évasant en direction de la paroi de guidage 12. [0049] La paroi radialement interne 2 et la paroi radialement externe 3 comportent également respectivement une bride de fixation interne 19 et une bride de fixation externe 20, situées axialement à l'opposé de la paroi d'extrémité 4. [0050] Chaque bride de fixation 19, 20 comporte des multiperforations 21 à proximité de la zone de liaison entre la bride correspondante 19, 20 et la paroi interne ou externe 2, 3 correspondante. [0051] L'une au moins des brides 19, 20, par exemple la bride radialement externe 20, comporte des ailettes de refroidissement 22 s'étendant au niveau des multiperforations 21 correspondantes, entre la bride externe 20 et la paroi externe 3. Les ailettes 22 et les multipertbrations 21 permettent de favoriser le refroidissement de la bride corres- 6 pondante 20. [0052] Chaque multiperforation 11, 14, 21 présente une section comportant une zone 23 dc forme carrée, rectangulaire ou losange et une zone 24 de forme triangulaire (figure 5). [0053] La paroi externe 3 comporte en outre une ouverture circulaire 25, entourée par un rebord 26. L'ouverture 25 est destinée au montage de moyens d'injection de carburant et d'axes de fixation non représentés. Une douille 27 est montée par sertissage dans ladite ouverture 25. Le diamètre interne de la douille 27 peut être obtenu par usinage. [0054] Le tube à flamme 1 est réalisé de façon monobloc, c'est-à-dire d'une seule pièce, (à l'exception de la douille qui n'appartient pas au tube à flamme monobloc), par fabrication additive, en particulier par frittage ou fusion sélective de poudre, par exemple à l'aide d'un faisceau laser ou d'un faisceau d'électrons. [0055] Un tel procédé comprend une étape durant laquelle est déposée, sur un plateau de fa- brication 28 (figure 8), une première couche de poudre d'un métal ou d'un alliage métallique d'épaisseur contrôlée, puis une étape consistant à chauffer avec un moyen de chauffage (un faisceau laser ou un faisceau d'électrons) une zone prédéfinic de la couche de poudre, et de procéder en répétant ces étapes pour chaque couche supplémentaire, jusqu'à l'obtention, tranche par tranche, de la pièce finale. [0056] Un outillage et un procédé de fabrication d'une pièce par fusion sélective ou frittage sélectif de poudre sont par exemple décrits dans la demande de brevet français FR 3 030 323 au nom de la Demanderesse. [0057] Le tube à flamme monobloc peut ainsi être réalisé par empilement de couches, la direction d'empilement des couches 29, illustrée par une flèche à la figure 8, étant parallèle à l'axe X du tube à flamme 1. [0058] Les couches ont des épaisseurs comprises par exemple entre 20 et 80 microns. [0059] Le tube à flamme 1 est par exemple réalisé en un alliage à base de nickel ou de cobalt. [0060] Les différentes zones du tube à flamme monobloc 1 ont de préférence une inclinaison faible avec l'axe d'empilement 29 des couches. Ainsi, à l'exception du rebord 26, d'une partie de la paroi d'extrémité 4, des zones de raccordements 18 et des têtes de pontets 10 dans la double paroi 6, les autres zones du tube à flamme 1 forme un angle inférieur à 60°, avec la direction d'empilement des couches. Des supports d'édification peuvent être utilisés pour les zones présentant une inclinaison supérieure, comme cela est connu en soi. 7 REVENDICATIONS[Revendication 1] Procédé de fabrication d'un tube à flamme (I) pour une turbomachine, ledit tube à flamme (1) s'étendant autour d'un axe (X) et comportant une paroi annulaire radialemcnt interne (2) et une paroi annulaire radialement externe (3), reliées l'une à l'autre par une paroi d'extrémité (4) ou de tête, la paroi interne (2), la paroi externe (3) et la paroi d'extrémité (4) définissant un volume interne (5), au moins une partie de ladite paroi d'extrémité (4) formant une double paroi (6) comprenant une première partie (7) et une seconde partie (8) reliées l'une à l'autre et écartées l'une de l'autre de manière à délimiter un canal (9) d'écoulement d'un flux d'air de refroidissement débouchant dans ledit volume interne (5), ledit canal d'écoulement (9) comportant au moins une ouverture d'entrée d'air (11), ledit tube à flamme (1) étant réalisé de façon monobloc, c'est-à-dire d'une seule pièce, par fabrication additive. [Revendication 2] Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube à flamme (1) est réalisé par frittage ou fusion sélective de poudre, par exemple à l'aide d'un faisceau laser ou d'un faisceau d'électrons. [Revendication 3] Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le tube à flamme est réalisé par empilement de couches, la direction d'empilement (29) des couches étant parallèle à l'axe (X) du tube à flamme (1). [Revendication 4] Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le tube à flamme (1) est réalisé en un alliage à base de cobalt ou de nickel. [Revendication 5] Procédé selon l'une des revendication 1 à 4, caractérisé en ce que la seconde partie (8) de la double paroi (6) est située du côté du volume interne (5) du tube à flamme (1), ladite seconde partie (8) comportant une première extrémité reliée à la première partie (7) de la double paroi (6) et une seconde extrémité libre (8a) au niveau de laquelle le canal (9) d'écoulement du flux d'air de refroidissement débouche dans ledit volume interne (5). [Revendication 6] Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la seconde extrémité (8a) est l'extrémité radialement interne de la deuxième partie (8) de la double paroi (6). [Revendication 7] Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les première et seconde parties (7, 8) de la double paroi (6) sont reliées par des zones de liaison (10) s'étendant dans le canal d'écoulement du flux d'air de refroidissement (9). [Revendication 8] Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la 8 [Revendication 9] première partie (7) de la double paroi (6) comporte des multiperforations (11) débouchant dans le canal (9) d'écoulement du flux d'air de refroidissement, lesdites multiperforations (11) formant des ouvertures (11) d'entrée d'air. [Revendication 10] Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le tube à flamme (1) comporte une paroi (12) de guidage d'un flux d'air délimitant un canal (13) de guidage d'air de refroidissement avec la paroi d'extrémité (4), ledit canal (13) débouchant dans le volume interne (5) parallèlement à la paroi d'extrémité (4), ledit canal de guidage d'air (13) comportant au moins une ouverture (14) d'entrée d'air. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la paroi interne (2) et/ou la paroi externe (3) comporte une bride de fixation (19, 20), située à l'opposé de la paroi d'extrémité (4).