Brevet FR3090879A1 — publié le 20200626

Description Titre de l'invention : MÉTHODE DE PRÉPARATION D'UN ECHANTILLON POUR LA CARACTÉRISATION DES PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES D'UN DISTRIBUTEUR DE TUR- BOMACHINE Domaine technique [0001] L'invention se rapporte au domaine général des turbomachines. [0002] L'invention concerne plus particulièrement la préparation d'un échantillon pour la caractérisation des propriétés mécaniques d'un distributeur de turbomachine ainsi que la caractérisation dudit échantillon. ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION [0003] Une turbomachine aéronautique comporte classiquement un compresseur, une chambre dc combustion et une turbine. [0004] La turbine, située en aval de la chambre de combustion, comporte des éléments fixes (stator) et des éléments mobiles (rotor). Les éléments mobiles sont des roues mobiles porteuses d'aubes, ces roues mobiles étant intercalées entre des grilles d'aubes fixes, également appelées distributeur. Le couple distributeur/roue mobile constitue un étage de turbine. [0005] Par ailleurs, chaque aube, de distributeur ou de roue mobile, présente un intrados et un extrados s'étendant entre un bord d'attaque et un bord de fuite. [0006] Afin d'optimiser les performances de la turbomachine, notamment en réduisant sa niasse et donc sa consommation en carburant, une solution consiste à affiner le bord de fuite des aubes dc distributeur pour tous les étages de turbine. À cet effet, les aubes, généralement obtenues par fonderie, sont usinées chimiquement au niveau de leur bords de fuite en les plongeant dans un électrolyte contenant une solution acide à une température et pendant une durée adaptées pour obtenir la réduction d'épaisseur souhaitée. [0007] Toutefois, un tel usinage chimique peut entrainer des altérations de surface au niveau des bords de fuite des aubes qui peuvent nuire à la tenue mécanique du distributeur. [0008] De manière générale, il est nécessaire de s'assurer que l'utilisation d'un procédé de fabrication spécifique d'un distributeur n'entraine pas un abattement préjudiciable des propriétés mécaniques du distributeur. [0009] Une solution bien connue pour caractériser les propriétés mécaniques d'une pièce de turbomachine consiste à soumettre ladite pièce à un test de fatigue vibratoire en banc d'essai. [0010] Cependant, la réalisation d'un tel test sur un distributeur de turbine est complexe, 2 notamment en raison de la géométrie du distributeur. En outre, les résultats obtenus sont difficilement interprétables. Résumé de l'invention [0011] Dans ce contexte, l'invention vise à résoudre les problèmes précités en proposant une solution permettant de simplifier la caractérisation des propriétés mécaniques d'un distributeur obtenu par un procédé de fabrication spécifique. [0012] L'invention selon un premier aspect se rapporte à une méthode de préparation d'un échantillon pour la caractérisation des propriétés mécaniques d'un distributeur de turbomachine, le distributeur comportant une pluralité d'aubes s'étendant entre une plateforme inférieure et une plateforme supérieure du distributeur. [0013] La méthode de préparation comportant : un premier découpage du distributeur selon un plan vertical pour isoler une portion du distributeur comprenant une aube positionnée entre une partie de la plateforme inférieure et une partie de la plateforme supérieure, un deuxième découpage dc ladite portion du distributeur selon un plan horizontal pour scinder ladite portion du distributeur en au moins deux échantillons comprenant chacun une partie de l'aube. [0014] On note que les ternies « horizontal », « vertical » sont utilisés en référence à l'axe longitudinal dc l'aube dc sorte qu'un plan vertical est sensiblement parallèle à l'axe longitudinal dc l'aube tandis qu'un plan horizontal est sensiblement perpendiculaire audit axe longitudinal. [0015] Par ailleurs, le ternie « distributeur » désigne aussi bien un distributeur annulaire qu'un secteur de distributaire, i.c. une partie du distributeur. [0016] Lc procédé de préparation selon l'invention permet de résoudre les inconvénients précités. [0017] En effet, la caractérisation de obtenu par le procédé de préparation selon l'invention, est plus simple que celle d'un distributeur. En particulier, l'échantillon est moins rigide qu'un secteur de distributeur ou qu'un distributeur complet de sorte qu'il est plus facile à exciter dans un banc d'essai. En effet, la fréquence dc résonnance de l'échantillon est plus faible que la fréquence de résonnance du distributeur. [0018] De plus, l'échantillon présente un encombrement réduit par rapport au distributeur de sorte qu'il est plus facile à intégrer dans un banc d'essai. [0019] La méthode de préparation selon le premier aspect de l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles. [0020] Selon un mode de réalisation non limitatif, la méthode de préparation comporte, 3 préalablement aux premier et deuxième découpages, une étape de fourniture d'un secteur de distributeur. [0021] Selon un mode de réalisation non limitatif, la deuxième étape de découpage comporte une première sous-étape de découpage suivant un premier plan horizontal situé à mi-hauteur de l'aube. [0022] Selon un mode de réalisation non limitatif, le deuxième découpage comporte une deuxième sous-étape de découpage suivant un second plan horizontal au niveau de la jonction entre l'aube et la plateforme inférieure ou la plateforme supérieure. [0023] Selon un mode de réalisation non limitatif, la méthode de préparation comporte, après la deuxième sous-étape de découpage, une étape de fixation de de l'échantillon sur un socle. [0024] Selon un mode de réalisation non limitatif, les étapes de découpage du distrihuteur sont précédées d'une étape de fabrication du distrihuteur par fonderie. [0025] Selon un mode de réalisation non limitatif, les étapes de découpage du distrihuteur sont précédées d'une étape de fabrication par une méthode additive. [0026] Selon un mode de réalisation non limitatif, l'étape de fabrication comporte un usinage chimique du distributeur. [0027] Selon un mode de réalisation non limitatif, l'usinage chimique du distrihuteur est réalisé au niveau du bord de fuite des aubes du distributeur. [0028] Selon un mode de réalisation non limitatif, l'étape de fabrication comporte un traitement de surface du distributeur. [0029] Par ailleurs, l'invention selon un second aspect se rapporte à une méthode de caracté- risation des propriétés mécaniques d'un distributeur de turbomachine, la méthode de caractérisation comportant un test de fatigue vibratoire sur un échantillon de distributeur pour déterminer les caractéristiques mécaniques dudit échantillon, ledit échantillon étant obtenu par le procédé de préparation selon le premier aspect de l'invention. [0030] La méthode de caractérisation selon le second aspect de l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles. [0031] Selon un mode de réalisation non limitatif, le test de fatigue vibratoire est réalisé sur la première fréquence propre de l'échantillon. [0032] Selon un mode de réalisation non limitatif, la méthode de caractérisation comporte : - un calcul des caractéristiques mécaniques du distributeur à partir des caractéristiques mécaniques de l'échantillon, une comparaison des caractéristiques mécaniques du distributeur avec les caractéristiques mécaniques d'un distributeur de référence. Brève description des dessins [0033] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent : à la figure 1, un schéma en bloc illustrant les étapes du procédé de préparation d'un échantillon de distributeur selon un mode de réalisation de l'invention ; à la figure 2, un schéma illustrant un secteur de distributeur de turbomachine ; à la figure 3, un schéma illustrant le premier découpage du secteur de distributeur illustré à la figure 2 ; à la figure 4, un schéma illustrant le deuxième découpage de la portion du secteur de distributeur obtenue après le premier découpage illustré à la figure 3; aux figures Sa, 5h et 5c, des vues en perspective d'un échantillon obtenu par le procédé de préparation selon l'invention ; à la figure 6, un schéma en Hoc illustrant les étapes du procédé de caractérisation des propriétés mécaniques de l'échantillon illustré aux figures Sa à 5c, selon un mode de réalisation de l'invention ; aux figures 7a et 7h, les résultats, respectivement, en déplacement et en contrainte de l'échantillon après le test de fatigue vibratoire du procédé de caractérisation illustré à la figure 6. Description des modes de réalisation 100341 Dans la présente demande, les adjectifs « intérieur » et « extérieur » sont utilisés en référence à une direction radiale de sorte que la partie ou la surface intérieure d'un élément est plus proche de l'axe de la turbomachine (non représentée) que la partie ou la surface extérieure du même élément. 100351 En outre, dans la suite de la description, les termes « horizontal », « vertical » sont utilisés en référence à l'axe longitudinal de l'aube de sorte qu'un plan vertical est sensiblement parallèle à l'axe longitudinal de l'aube tandis qu'un plan horizontal est sensiblement perpendiculaire audit axe longitudinal. 100361 L'invention se rapporte à un procédé de préparation d'un échantillon pour la caracté- risation des propriétés mécaniques d'un distributeur de turbine. 100371 Ifig.11 illustre les étapes du procédé de préparation 100 selon un mode de réalisation de l'invention. 100381 Le procédé de préparation 100 commence par une étape de fabrication 101 d'un dis- tributeur 1, en particulier d'un secteur de distributeur 1. En effet, un distributeur est annulaire et est généralement sectorisé en plusieurs secteurs disposés circonférentiellement bout à bout autour de l'axe longitudinal de la turbomachine. 100391 Ifig.21 illustre un exemple de secteur de distributeur 1 obtenu à l'issue de l'étape de fabrication 101. [0040] En référence à la figure 2, le secteur de distributeur 1 comprend une pluralité d'aubes 2, ici six aubes, qui s'étendent selon un axe longitudinal X. Les aubes 2 sont agencées entre un segment de plateforme intérieure 8 et un segment de plateforme extérieure 8'. Une fois assemblés, les segments 8 forment la plateforme intérieure annulaire du distributeur, et les segments 8' forment la plateforme extérieure annulaire du distributeur. Les plateformes annulaires intérieure et extérieures délimitent une veine principale 10 de circulation des gaz. En outre, chaque aube 2 comporte une surface intrados et une surface extrados s'étendant entre un bord d'attaque 3 et un bord de fuite 4 de l'aube 2. [0041] Le secteur de distributeur 1 peut être fabriqué par fonderie à la cire perdue, procédé bien connu dans le domaine aéronautique, ou encore par une méthode additive. En outre, lors de l'étape de fabrication 101, le secteur de distributeur 1 peut faire l'objet d'un traitement de surface ou encore d'un usinage chimique du bord de fuite 4 des aubes 2 du secteur de distributeur 1. [0042] Dans la suite de la description, on admettra que le procédé de préparation 100 de l'échantillon est réalisé à partir d'un secteur de distributeur 1. Dans une variante de réalisation, le procédé de préparation 100 est réalisé à partir d'un distributeur complet, i.c. annulaire. [0043] Dans une étape 102, que l'on appellera premier découpage, le secteur de distributeur 1, préalablement fourni, est découpé selon un plan vertical Pl, visible à la figure 3, afin d'isoler une portion 11 du secteur de distributeur 1. [0044] [fig.3] illustre le premier découpage 102 du secteur de distributeur 1. [0045] Avantageusement, la portion 11 du secteur de distributeur 1 à isoler est située au niveau des extrémités du secteur du distributeur 1 de sorte qu'il suffit d'un seul découpage selon un plan vertical pour isoler une portion 11 du secteur de distributeur 1. Ainsi, par exemple dans le cas du secteur de distributeur 1 illustré à la figure 3 qui comprend six aubes 2, la portion 11 à isoler comprend la première aube 2 ou la sixième aube 2. [0046] Dans le cas où la portion 11 du secteur de distributeur 1 à isoler n'est pas située au niveau des extrémités du secteur du distributeur 1, un seul découpage selon un plan vertical est insuffisant. On rappelle qu'une portion 11 doit comprendre une seule aube positionnée entre une partie de la platefonne inférieure 8 et une partie de la plateforme supérieure 8'. Dans ce cas, le premier découpage 102 comporte deux sous-étapes de découpage du secteur de distributeur 1 suivant deux plans verticaux. [0047] [fig.4] illustre la portion 11 du secteur de distributeur 1 obtenue à l'issue du premier découpage. En particulier, la portion 11 isolée comprend une seule aube 2 positionnée entre une partie de la plateforme inférieure 8 et une partie de la plateforme supérieure 8'. 6 [0048] Par la suite, dans une étape 103, que l'on appellera deuxième découpage, la portion 11 du secteur de distributeur 1 est découpée selon un plan horizontal afin de scinder ladite portion 11 en au moins deux échantillons 20 comprenant chacun une partie de l'aube 2. [0049] Le deuxième découpage 103 comprend une première sous-étape de découpage 1031 suivant un premier plan horizontal P2, visible à la figure 4, situé à mi-hauteur de l'aube 2. En d'autres termes, après la première sous-étape de découpage 1031, on obtient une demi-aube solidaire d'une partie de la plateforme inférieure 8 ainsi qu'une demi-aube solidaire d'une partie de la plateforme supérieure 8'. Un tel découpage à mi-hauteur de l'aube 2 est optimal en termes d'encombrement de l'échantillon 20 dans le banc d'essai qui peut, en outre, excité à basse fréquence. [0050] On note que dans une variante de réalisation, le premier plan horizontal P2 n'est pas situé à mi-hauteur de l'aube 2, mais par exemple aux trois quarts de la hauteur h de l'aube 2. [0051] En outre, le deuxième découpage 103 comprend une deuxième sous-étape de découpage 1032 suivant un second plan horizontal P3. Le second plan horizontal P3 est situé au niveau de la jonction entre l'aube 2 et la plateforme inférieure 8 ou la jonction entre l'aube 2 et la plateforme supérieure 8'. Ainsi, à l'issue de la deuxième sous-étape de découpage 1032, la partie de plateforme inférieure 8 ou la partie de la plateforme supérieure 8' solidaire de l'aube 2 découpée est retirée. [0052] Dans une étape 104, l'échantillon 20 est fixé sur un socle 15 qui permet de maintenir l'échantillon 20 dans le banc d'essai. [0053] [fig.5a] illustre une première vue en perspective de l'échantillon 20 lorsqu'il est fixé sur le socle 15. [0054] [fig.5b] illustre une deuxième vue en perspective de l'échantillon 20 illustré à la figure 5a. [0055] [fig.5c] illustre une vue latérale de l'échantillon 20 illustré aux figures Sa et Sb. [0056] Avantageusement, le socle 15 présente globalement la même forme que la partie de la plateforme inférieure 8 ou de la plateforme supérieure 8' à laquelle l'aube 2 découpée était fixée. [0057] Par ailleurs, l'invention se rapporte à un procédé de caractérisation 200 des propriétés mécaniques d'un distributeur de turbine. Par « distributeur », on entend aussi bien un secteur de distributeur qu'un distributeur annulaire complet. [0058] [fig.6] illustre les étapes du procédé de caractérisation 200 selon un mode de réa- lisation de l'invention. [0059] Ainsi, dans une étape 201, l'échantillon 20 fixé au socle 15 est soumis à un test de fatigue vibratoire dans un banc d'essai pour déterminer les caractéristiques mécaniques de l'échantillon 20. Par «caractéristiques mécaniques », on entend notamment la ré- 7 sistance mécanique de la pièce. [0060] Avantageusement, le test de fatigue vibratoire est réalisé sur la première fréquence propre de l'échantillon 20. À noter que l'échantillon 20 a été préparé à partir d'un secteur de distributeur 1 dont les aubes ont été usinées chimiquement au niveau de leur bord de fuite 4 afin de réduire leur épaisseur. [0061] [fig.7a] illustre les résultats en déplacement de l'échantillon 20 à la suite d'un test de fatigue vibratoire 201 réalisé à une fréquence de 1647 Hz. [0062] [fig.7h] illustre les résultats en contrainte de l'échantillon 20 à la suite du même test fatigue vibratoire. [0063] Comme on peut voir sur la figure 7a, la déformation maximale de l'échantillon 20 est observée à l'extrémité libre 21 de l'échantillon 20, au niveau du bord de fuite 4. En outre, comme on peut le voir sur la figure 7h, la contrainte maximum est observée à la jonction entre le socle 15 et l'échantillon 20, au niveau du bord de fuite 4. [0064] Dans une étape 202, les caractéristiques mécaniques du distributeur 1 sont calculées à partir des caractéristiques mécaniques de l'échantillon 20 déterminées à la suite du test de fatigue vibratoire 201. [0065] Dans une étape 203, les caractéristiques mécaniques du distributeur 1 sont comparées à celles d'un distributeur de référence. Par « distributeur de référence », on entend un distributeur n'ayant pas fait l'objet d'un procédé spécifique, i.c. un usinage chimique, un nouveau procédé de fonderie, un traitement de surface etc. 8 [Revendication 1]