Brevet FR3091549A1 — publié le 20200710

Description Titre de l'invention : Elément abradable de turbomachine pourvu de témoins d'usure visuels Domaine technique [0001] La présente invention concerne la mesure de l'usure d'un élément abradable équipant une turbomachine, tel qu'un élément abradable porté par un carter de soufflante de turboréacteur. Technique antérieure [0002] Une soufflante de turboréacteur comporte un rotor portant une série d'aubes entouré par un carter de soufflante formant stator et comportant une face interne globalement cylindrique. Dans un tel agencement, il existe un jeu, mesurable radialement entre les extrémités des pales et la face interne du stator qui les entoure, et qui présente une incidence significative sur les performances du moteur. [0003] Compte tenu des dilatations différentielles intervenant lorsque le moteur est en service, et qui conditionnent en partie ce jeu, la face interne du stator est couverte par des éléments abradables formant une piste abradable au droit des extrémités de pales. [0004] En fonctionnement, les extrémités libres de pales peuvent frotter contre les éléments abradables en y creusant une sorte de sillon, pour que le jeu radial s'ajuste à une valeur minimale nécessaire vis-à-vis des différentes conditions de fonctionnement qui ont été rencontrées. [0005] Au cours de la vie du turboréacteur, l'usure des abradables devient de plus en plus si- gnificative. Afin d'éviter une détérioration trop importante des performances du moteur, ces abradables sont donc remplacés lorsque leur usure est trop importante. [0006] Ainsi, la connaissance du degré d'usure des éléments abradables est nécessaire pour déterminer s'ils doivent ou non être remplacés, et/ou pour planifier un remplacement à venir. [0007] En pratique, évaluer l'usure des éléments abradables est une opération complexe. Une possibilité consiste, comme représenté schématiquement sur la figure 1, à prendre l'empreinte du sillon creusé par les extrémités de pales. El s'agit alors de placer un échantillon de résine 1 à la face interne 2 du carter pour qu'il couvre une portion intacte 3 de la face interne 2, et la portion compotant le sillon 4. Une fois qu'il est sec, l'échantillon de résine 1 comporte une empreinte du sillon 4 qui peut être mesurée pour connaître la profondeur de ce sillon, c'est-à-dire l'usure cherchée. Cette méthode reste malgré tout relativement imprécise et cl' une mise en oeuvre fastidieuse. [0008] Une autre solution est d'utiliser un jeu de cales d'épaisseurs différentes pour dé- terminer la cale la plus épaisse pouvant être engagée entre une extrémité de pale et le 2 sillon, l'épaisseur de la cale en question correspondant alors à l'usure cherchée. Cette autre méthode s'avère être elle aussi imprécise et d'une mise en oeuvre fastidieuse. [0009] Il est également possible d'utiliser un appareillage de type laser pour mesurer l'usure recherchée, niais cela aboutit à un temps de mesure trop important, et à un coût de mise en oeuvre élevé. [0010] Une autre possibilité, illustrée sur la figure 2 est de réaliser un quadrillage de lamages 6 de profondeurs prédéterminées à la face interne 2 de l'élément abradable neuf. La mesure de l'usure consiste alors à mesurer directement la profondeur résiduelle des lamages situés dans le sillon pour en déduire l'usure cherchée qui correspond à la différence entre la profondeur initiale et la profondeur résiduelle. [0011] Cette dernière méthode s'avère relativement précise et rapide, mais les lamages 6 présents à la face interne des éléments abradables dégradent les performances acoustiques du moteur, par interaction entre l'écoulement supersonique en sommet d'aube avec les singularités que constituent les lamages présents à la face interne de l'élément abradablc. [0012] Le but de l'invention est d'apporter une solution permettant de réaliser un contrôle d'usure simple rapide et fiable. Exposé de l'invention [0013] A cet effet, l'invention a pour objet un élément ahradable de carter de turbomachine, comportant un corps en matériau abradablc ayant une forme de secteur d'anneau délimitant une face d'usure en forme de portion de cylindre, caractérisé en cc que le matériau abradable formant le corps comprend un empilement stratifié de plusieurs couches parallèles à la face d'usure et d'épaisseurs constantes, ces couches ayant des couleurs différentes pour constituer des témoins d'usure de l'élément. [0014] Avec cet agencement l'usure du matériau abradahle peut être évaluée à l'oeil nu, en comptant les strates qui sont visibles dans une région usée. [0015] L'invention a également pour objet un élément abradablc ainsi défini, dans lequel les différentes couches ont toutes la même épaisseur. [0016] L'invention a également pour objet un élément abradablc ainsi défini, dans lequel l'empilement est une alternance de couches de deux couleurs différentes. [0017] L'invention a également pour objet un élément abradable comportant un corps dans lequel sont formés des perçages comblés avec des empilements de couches de couleurs différentes. [0018] L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un élément abradable ainsi défini, comportant les opérations de formation d'un corps abradable par superposition de plusieurs couches de matériaux abradables ayant des couleurs différentes. [0019] L'invention concerne également un carter de soufflante équipé d'un élément 3 abradable ainsi défini. Brève description des dessins [0020] [fig.1] déjà décrite, est une vue partielle montrant une technique connue de mesure (l'usure d'un élément abradable par prise d'empreinte ; [0021] [fig.2] déjà décrite, est une vue partielle montrant un agencement connu comportant des lamages permettant de mesurer l'usure d'un élément abradable ; [0022] [fig.3] est une vue schématique en coupe d'un abradable selon l'invention à l'état neuf ; [0023] [fig.4] est unc vue schématique de face de l'abradable selon l'invention à l'état neuf ; [0024] [fig.5] est unc vue schématique en coupe de l'abradable selon l'invention présentant unc certaine usure localisée ; [0025] [fig.6] est unc vue schématique de face de l'ahradahle selon l'invention présentant une certaine usure localisée. [0026] EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS [0027] L'idée à la hase de l'invention est de prévoir un élément abradable comportant plusieurs couches de mêmes épaisseurs prédéterminées, ayant des couleurs différentes. [0028] Sur la figure 3, un élément abradable neuf 7 vu en coupe comporte un corps 8 délimité par un fond 9 et par une face d'usure 11 parallèles l'une à l'autre, la distance entre la face d'usure et le fond correspondant à l'épaisseur du corps 8. [0029] Cet élément abradable 7 est un élément fixe agencé pour être porté par un élément de stator tel qu'un carter de soufflante. La face d'usure 11 qui est représentée par un segment de droite pour plus de simplicité sur la figure 3, est en pratique une surface en forme de portion de cylindre centrée sur l'axe du turboréacteur lorsque l'élément 7 est en place dans le carter. [0030] Ainsi, le corps 8 qui est représenté schématiquement par un rectangle sur la figure 3, a en pratique une forme de secteur d'anneau à section courante rectangulaire. Lorsqu'un ensemble d'éléments abradables sont montés à la face interne d'un carter de soufflante, leurs corps forment conjointement un anneau, de sorte que les faces d'usures de ces corps délimitent conjointement une piste abradable cylindrique interne en vis-à-vis des pales de soufflante. [0031] Ce corps est formé de 11 couches parallèles les unes aux autres ayant la même épaisseur prédéterminée, et ayant des couleurs différentes choisies pour être dis- tinguables à l'oeil nu. [0032] Ces couches qui sont repérées par 8a-8k : les couches 8a, 8c, Re, 8g, Ri et 8k, sont par exemple de couleur bleue, et les couches Rb, 8d, 8f, 8h, Rj sont par exemple noires. [0033] Dans l'exemple des figures, la face d'usure 11 est la face externe de la première couche, c'est-à-dire la couche 8a, de sorte que cette face 11 apparaît entièrement bleue lorsque l'abradable est neuf et qu'elle est vue de face comme sur la figure 4. [0034] Sur les figures 5 et 6, l'élément 7 présente une zone d'usure 12 s'étendant sur une partie de sa face 11, qui est représentée de manière schématique par un évidement semi-elliptique. Cette zone d'usure correspond en pratique et d'une manière plus générale à une zone de la face 11 dans laquelle de la matière de l'élément a été arrachée par frottement des extrémités d'aubes de soufflante. Cette zone d'usure 12 se présente sous forme d'une auréole en creux, ou plus généralement d'un sillon. [0035] Grâce à l'invention, cette zone d'usure 12 est visible à l'oeil nu du fait qu'elle comporte plusieurs couleurs correspondant aux couches 8a-Rf qui ont été creusées, c'est-à-dire arrachées par les extrémités d'aubes, et qui forment autant de strates visibles à l'oeil nu, ces strates ayant des formes d'anneaux dans le cas d'une auréole. [0036] La détermination de la profondeur d'usure consiste ainsi simplement à compter le nombre de strates colorées, et à multiplier ce nombre d'anneaux par l'épaisseur des couches. L'épaisseur des couches qui est avantageusement inscrite de façon durable sur l'élément 7, c'est-à-dire dans une zone qui n'est pas sujette à usure. Dans le cas où l'on décide d'utiliser des couches d'épaisseurs différentes, les différentes épaisseurs sont, de la même manière, inscrites sur une portion de l'abradable qui n'est pas sujette à usure. [0037] Complémentairement, il est aussi possible d'obtenir comme valeur complémentaire représentative de l'état de l'abradable les dimensions de la partie usée autres que la profondeur d'usure, à savoir la longueur d'usure et la largueur d'usure, en mesurant les auréoles extérieures. [0038] Dans l'exemple des figures, l'ensemble du corps 8 est formé d'une série de couches de couleurs différentes. Ainsi, l'élément d'abradable sectorisé comprend son empilement de couches sur une longueur qui correspond au moins à la longueur du carter de soufflante au regard de laquelle les têtes d'aubes sont susceptibles de venir frotter. Cependant, pour réduire le coût de fabrication, il est possible de fabriquer clans un premier temps le corps avec un même matériau abradable. Des perçages localisés sont ensuite réalisés à la face interne et ils sont comblés avec des empilements de couches, dans certaines zones clés c'est-à-dire connues pour être sujettes à une usure. Les perçages peuvent être agencés de manière proche de l'agencement des lamages 6 tels que décrit en relation avec la figure 2. [0039] Par ailleurs, dans l'exemple des figures, le corps est formé d'un empilement de 11 couches, niais deux couches de couleurs différentes peuvent être considérées comme suffisantes. Dans ce cas, la surface correspondant à la jonction des deux couches correspond par exemple à une usure maximale admissible nécessitant de procéder à un remplacement de l'élément abradable. D'une manière plus générale, la formation d'un faible nombre de couches peut être suffisante pour détecter des seuils d'usure, par exemple un premier seuil nécessitant de planifier un remplacement de l'abradable, et un seuil critique impliquant de remplacer l'abradable dans les meilleurs délais. [0040] En ce qui concerne les couleurs, on choisit avantageusement un matériau de comblement 13 ayant une couleur qui contraste significativement avec la couleur du matériau principal 8. [0041] L'obtention d'un matériau abradable coloré peut être assurée à partir d'un matériau abradable de base auquel est appliqué un traitement d'anodisation. Il est aussi possible d'appliquer un colorant poudreux ou une peinture appropriée pour modifier la couleur du matériau, attendu qu'un matériau abradablc a typiquement une structure poreuse ou ajourée qui se prête par là même à une modification de sa couleur sur toute une épaisseur prédéterminée. En pratique, on pourra choisir des couleurs qui contrastent suffisamment à l'oeil nu comme par exemple le bleu et le noir. [0042] D'une manière générale, l'invention est très adaptée au cas des soufflantes de turbo- réacteur qui présentent un diamètre important, car dans cette configuration, les témoins d'usure selon l'invention sont visibles depuis l'extérieur du moteur, c'est-à-dire accessibles et mesurables directement. 6