Brevet FR3100271A1 — publié le 20210305

Description Titre de l'invention : Aube de turbomachine comportant un talon pourvu d'un becquet à plateforme déportée Domaine technique [0001] L'invention concerne une aube de turbine basse pression de turboréacteur, et plus gé- néralement une aube de turbomachine. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE [0002] Un turboréacteur à double flux comporte une manche d'entrée par laquelle l'air est aspiré dans un compresseur basse pression ou soufflante avant d'être divisé en un flux primaire central et un flux secondaire entourant le flux primaire. [0003] Le flux primaire circule dans un espace appelé veine primaire délimité par un rotor et par une structure de révolution interne du moteur entourant ce rotor, et il traverse des éléments rotatifs comportant des roues aubagées portées par le rotor et des éléments fixes de type redresseurs et distributeurs. La structure interne est délimitée par des carters comprenant un carter de compresseur basse et haute pression, un carter de veine primaire, un carter de turbine basse et haute pression, et un carter d'échappement. [0004] Le flux secondaire circule dans un espace appelé veine secondaire qui s'étend ra- dialement entre la structure interne et une structure externe appelée carène ou nacelle, qui entoure la structure interne. Après avoir été mis en mouvement par la soufflante et avoir traversé des pales fixes, ce flux secondaire est propulsé vers Panière pour générer une poussée. [0005] Après avoir traversé la soufflante, le flux primaire traverse quant à lui un com- presseur haute pression, une chambre de combustion puis des turbines haute pression et basse pression pour entraîner la soufflante, avant d'être propulsé hors du moteur. [0006] Une telle turbine comporte des étages incluant chacun une série d'aubes portées par un disque de rotor correspondant, et entourée par une portion de carter. L'étanchéité est assurée par un joint de type labyrinthe comportant un matériau abradable porté par le carter, et des léchettes qui s'étendent à l'extrémité radiale de chaque aube pour coopérer avec le matériau abradable. Chaque léchette peut coopérer par contact ou en étant disposée à faible jeu vis-à-vis du matériau abradable pour limiter la circulation d'air entre les léchettes et le matériau abradable. [0007] Comme visible sur la figure 1, une telle aube 1 comporte un pied 2 par lequel elle est solidarisée au disque qui la porte, une pale 3 prolongeant ce pied 2 selon une direction radiale dite (l'envergure EV, et un talon 4 terminant la pale 3. [0008] Le talon 4 comporte une plateforme 6 s'étendant selon une direction normale à la direction EV, qui porte deux léchettes 7 et 8, espacées l'une de l'autre le long de l'axe 2 de rotation AX du moteur, et qui est prolongée au-delà de la léchette 7 vers l'amont, en un becquet amont 11. [0009] Lorsque l'aube est en service dans le moteur, comme illustré sur la figure 2, le becquet 11 est situé en vis-à-vis d'une bordure aval 12 d'une virole 13 située en amont de la pale 3. Compte tenu des jeux fonctionnels significatifs rendus nécessaires par les dilatations différentielles, le bord amont du becquet 11 est situé à distance de la bordure 12 de la virole 13, ce qui laisse subsister un interstice 14 de dimensions significatives, orienté vers l'axe AX, et provoquant des fuites du gaz de la veine primaire vers la veine secondaire. [0010] Le but de l'invention est d'apporter une solution pour remédier à cet inconvénient. Exposé de l'invention [0011] A cet effet, l'invention a pour objet une aube de turbine, comprenant un pied de fixation à un disque de rotor, prolongé par une pale s'étendant selon une direction d'envergure, et un talon terminant cette pale, ce talon comprenant une plateforme portant au moins une léchette, la plateforme étant prolongée par un becquet s'étendant au-delà de la léchette en direction amont par rapport à un sens de circulation d'un flux d'air s'écoulant selon une direction longitudinale dans la turbine en service, caractérisée en ce que le becquet comporte une base prolongée par un corps incurvé terminé par un plateau qui est déporté par rapport à la plateforme pour être plus éloigné du pied que la plateforme selon la direction d'envergure. [0012] Avec cet agencement de becquet, dit en trompe d'éléphant, le plateau du becquet peut être placé radialement à l'extérieur de la virole située en amont de l'aube, ce qui permet de réduire la section de l'interstice s'étendant entre le becquet et cette virole tout en orientant cet interstice vers l'aval afin de réduire encore les fuites depuis le flux primaire vers le flux secondaire [0013] L'invention concerne également une aube ainsi définie, dont le plateau présente selon la direction d'envergure une épaisseur comprise entre 30 et 70 % de l'épaisseur de la base. [0014] L'invention concerne également une aube ainsi définie, ayant une base présentant, une longueur comprise entre 2 et 4 fois la longueur du plateau selon la direction longitudinale. [0015] L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une aube ainsi définie, comprenant les étapes de : - constitution par fonderie d'un brut d'aube qui comporte une nervure perpendiculaire au becquet, cette nervure reliant la léchette à la base et au corps tout en s'étendant jusqu'au plateau ; - retrait de la nervure du brut d'aube. 3 100161 L'invention concerne également un procédé ainsi défini, clans lequel le retrait de la nervure laisse sur le becquet une surépaisseur comprise entre 20 et 60 % de l'épaisseur de la base. [0017] L'invention concerne également un procédé ainsi défini, dans lequel la nervure présente un bord supérieur comprenant une première extrémité par laquelle il se raccorde au plateau, et une deuxième extrémité par laquelle il se raccorde à la léchette, et dans lequel la première extrémité est plus proche du pied que la deuxième extrémité selon la direction d'envergure. [0018] L'invention concerne également un procédé ainsi défini, dans lequel le bord supérieur de la nervure présente une longueur comprise entre 70 et 90 % de la longueur du becquet. [0019] L'invention concerne également un procédé ainsi défini, dans lequel le retrait de la nervure est assuré par usinage. [0020] L'invention concerne également une turbine comprenant une aube ainsi définie. [0021] L'invention concerne également un turboréacteur comprenant une turbine ainsi définie. Brève description des dessins [0022] [fig.1] déjà décrite est une vue d'ensemble en perspective d'une aube connue ; [0023] W8.21 déjà décrite est une vue latérale d'une aube connue comportant un talon portant un becquet en vis-à-vis d'une virole externe située à son amont ; [0024] [fig.3] est une vue latérale de l'aube selon l'invention comprenant un talon portant un becquet incurvé pour être terminé par un plateau déporté radialement à l'extérieur de la virole externe ; [0025] [fig.4] est une vue d'ensemble du talon de l'aube selon l'invention après usinage ; [0026] [fig.51 est une vue d'ensemble du talon de l'aube selon l'invention avant usinage ; [0027] [fig.6] est une vue de profil du talon dc l'aube selon F invention en cours dc coulée. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE L'INVENTION 100281 L'idée à la base de l'invention est de prévoir une aube dont le talon comporte un becquet amont ayant une base prolongée par un plateau déporté radialement par rapport à cette base. 100291 Comme visible sur la figure 3, l'aube selon l'invention, repérée par 16, comporte un pied 17 prolongé par une pale 18 s'étendant selon une direction radiale dite d'envergure EV, cette pale 18 étant elle-même prolongée par un talon 19. Le talon 19 comporte une plateforme 21 s'étendant selon une direction sensiblement inclinée par rapport l'axe AX de rotation de la pale en service, qui porte deux léchettes 22 et 23, espacées le long de l'axe AX. Cette plateforme 21 sc prolonge vers l'amont AM au-delà de la léchettc 22 en un becquet amont 24. [0030] Le becquet 24, qui apparaît plus en détails sur la figure 4, comporte un corps 27 s'étendant depuis une base 28 située dans le prolongement de la plateforme 21 jusqu'à un plateau 29 terminé par un bord amont 31. Ce plateau 29 est déporté par rapport à la base 28 selon la direction d'envergure EV, c'est-à-dire selon la direction principale de la pale 18, pour être plus éloigné dc l'axe AX que la base 28. [0031] Ce becquet 24 a ainsi, lorsque vu de côté c'est-à-dire selon une direction normale aux directions AX et EV, un profil comprenant la base 28 prolongée par le corps incurvé 27 terminé par le plateau 29 décalé vers l'amont. [0032] Lorsque l'aube selon l'invention 16 est en service dans un moteur, comme illustré sur la figure 4, le plateau 29 du becquet 24 est radialement à l'extérieur de la bordure aval 32 de la virole 33 située immédiatement à son amont et qui délimite l'extérieur dc la veine secondaire. [0033] Le corps 27 du becquet 24 est quant à lui situé en vis-à-vis de la bordure 32 selon la direction longitudinale AX, de telle sorte que l'interstice de fuite possible entre la virole 33 et le becquet 24 est orienté vers l'aval AV par rapport au sens d'écoulement du fluide dans la veine primaire dans le turboréacteur. Cet interstice, repéré par 34, correspond à l'espace libre radialcment entre la face externe de la virole 33 au voisinage de sa bordure 32, et la face interne du plateau 29 c'est-à-dire sa face tournée vers l'axe AX. [0034] Grâce à l'invention, l'interstice de fuite 34 a une section réduite et il est de plus orienté vers l'aval AV, de sorte que le débit de fuite depuis la veine primaire vers la veine secondaire est significativement diminué, cet interstice 34 étant de fait orienté en direction inverse de l'écoulement du flux primaire, c'est-à-dire vers l'aval de cet écoulement. [0035] Avantageusement, le plateau 29 présente une épaisseur plus fine que celle de la base 28, qui est comprise entre 30 et 70 % de l'épaisseur de cette base 28. La base 28 présente une longueur, le long de l'axe AX qui est comprise entre 2 et 4 fois la longueur du plateau 29. La nervure 36 s'étend longitudinalement, selon l'axe AX, sur une longueur comprise entre 70 et 90 % de la longueur du becquet, et elle présente une épaisseur après usinage qui est comprise entre 20 et 60 % de l'épaisseur de la base 28. [0036] L'aube 16 selon l'invention est fabriquée en constituant en premier lieu par fonderie un brut d'aube 35 dont le talon est représenté sur la figure 5. Ce brut d'aube 35 est constitué en apportant le matériau de coulée par son talon 19 pour que ce matériau progresse jusqu'au pied 17 en se répartissant de la façon la plus homogène possible, afin de limiter les retassures ou autres imperfections qui conduiraient à la mise au rebut la pièce fabriquée. [0037] En pratique, cette configuration de coulée est compliquée par la géométrie tridimen- sionnelle du talon 19 présentant en section une forme s'apparentant à la lettre rc inversée, qui n'est pas idéale pour la réception et la répartition uniforme du matériau de coulée. Elle est encore compliquée par le fait que le refroidissement d'une telle aube doit être opéré graduellement depuis le talon vers le pied afin de former des grains naissant distinctement dans le talon et qui se forment en grandissant vers le pied de manière à s'étendre parallèlement à la direction d'envergure EV. [0038] Le talon 19 comporte une première nervure 36 portée par le becquet 24 et qui relie la léchette 22 au corps et à la plateforme de ce becquet 24 en s'étendant selon la direction AX, ainsi qu'une seconde nervure 37 portée par la platcforme 21 et reliant les léchettes 22 et 23 l'une à l'autre en s'étendant également selon la direction AX. [0039] Ces deux nervures 36 et 37 ajoutées aux léchettes 22 et 23 permettent d'une part de disposer d'une section de passage plus importante pour l'acheminement du matériau de coulée dans l'ensemble de l'aube lors de sa fabrication, et d'autre part de faciliter une croissance unidirectionnelle des grains du matériau métallique lors du refroidissement de l'aube, encore appelée solidification dirigée. [0040] Afin de favoriser une germination optimale, la première nervure 36 présente un bord supérieur 38 qui est incliné, de sa première extrémité 39 vers sa deuxième extrémité 41. L'inclinaison de ce bord 38 est plus particulièrement orientée de telle manière que sa première extrémité 39 est plus proche du pied 17 que sa deuxième extrémité 41, comme illustré sur la figure 6. [0041] De cette manière, lors de la coulée, la nervure 36 permet d'assurer un acheminement optimal de matériau de coulée vers l'ensemble du becquet 24, c'est-à-dire vers la base 28, vers le corps 27 et le plateau 29. Mais de plus, lorsque l'aube est refroidie graduellement depuis son pied 17 vers son talon 19, l'orientation particulière de son bord 38 assure que des grains naissent dans la nervure pour croître parallèlement vers le talon 19 en étant répartis de façon très uniforme dans l'ensemble du talon. A cet effet, on a symbolisé sur la figure 6 la naissance et la croissance de grains par des flèches blanches orientées parallèlement à l'axe EV et uniformément raparties dans l'ensemble du talon. Plus concrètement, cette nervure 36 évite l'apparition de conflits de grains lors du refroidissement, entre d'une part des grains se formant dans la léchette 22 et d'autre part des grains se formant au niveau du bord 31 du becquet 24. [0042] Comme visible sur la figure 4, les deux nervures 36 et 37 sont retirées une fois que l'opération de coulée est terminée et que le matériau constitutif de l'aube est suffisamment solidifié. Le retrait de ces deux nervures est par exemple réalisé par usinage avec une fi-aise appropriée. [0043] Lors de cette opération, le passage de la fraise, éventuellement en plusieurs passes, assure de laisser des surépaisseurs 42 et 43 sur le becquet et sur la plateforme, au niveau de la première nervure 36 et de la seconde nervure 37. La surépaisseur 42 correspondant à la première nervure 36 s'étend sur la majorité de la partie centrale du 6 becquet 24, c'est-à-dire sur sa base 28 et sur son corps incurvé 27. [0044] La surépaisseur 42 permet de renforcer la région centrale du becquet 24, pour qu'il présente dans son ensemble une tenue mécanique optimale en ayant une portion centrale rigidifiante. Cc renforcement est d'autant plus important qu'en service, le becquet est sollicité d'une part par l'écart de pression entre le flux primaire et le flux secondaire ayant une résultante d'orientation centrifuge, et d'autre part par les efforts centrifuges dus à la rotation de la pale autour de l'axe AX. 7 REVENDICATIONS[Revendication 1] Aube (16) de turbine, comprenant un pied (17) de fixation à un disque de rotor, prolongé par une pale (18) s'étendant selon une direction d'envergure (EV), et un talon (19) terminant cette pale (18), cc talon (19) comprenant une platcformc (21) portant au moins une léchette (22, 23), la plateforme (21) étant prolongée par un becquet (24) s'étendant au-delà de la léchette (22, 23) en direction amont (AM) par rapport à un sens de circulation d'un flux d'air s'écoulant selon une direction longitudinale dans la turbine en service caractérisée en cc que le becquet (24) comporte une base (28) prolongée par un corps (27) incurvé terminé par un plateau (29) qui est déporté par rapport à la plateforme (21) pour être plus éloigné du pied (17) que la plateforme (21) selon la direction d'envergure (EV). [Revendication 2] Aube (16) selon la revendication 1, dont le plateau (29) présente selon la direction d'envergure (EV) une épaisseur comprise entre 30 et 70 % de l'épaisseur de la base (28). [Revendication 3] Aube (16) selon la revendication 1 ou 2, ayant une base (28) présentant une longueur comprise entre 2 et 4 fois la longueur du plateau (29) selon la direction longitudinale. [Revendication 4] Procédé de fabrication d'une aube selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant les étapes de : - constitution par fonderie d'un brut d'aube (35) qui comporte une nervure (36) perpendiculaire au becquet (24), cette nervure (36) reliant la léchette (22, 23) à la base (28) et au corps (27) tout en s'étendant jusqu'au plateau (29) ; - retrait de la nervure (36) du brut d'aube (35). [Revendication 5] Procédé selon la revendication 4, dans lequel le retrait de la nervure (36) laisse sur le becquet (24) une surépaisseur (42) comprise entre 20 et 60 % de l'épaisseur de la base (28). [Revendication 6] Procédé selon la revendication 4, dans lequel la nervure (36) présente un bord supérieur (38) comprenant une première extrémité (39) par laquelle il se raccorde au plateau (29), et une deuxième extrémité (41) par laquelle il se raccorde à la léchette (22), et clans lequel la première extrémité (39) est plus proche du pied (17) que la deuxième extrémité (41) selon la direction d'envergure (EV). [Revendication 7] Procédé (16) selon la revendication 6, dans lequel le bord supérieur (38) de la nervure (36) présente une longueur comprise entre 70 et 90 % de la 8 [Revendication 8] longueur du becquet (24). [Revendication 9] [Revendication 10] Procédé selon la revendication 4, dans lequel le retrait de la nervure (36) est assuré par usinage. Turbine comprenant une aube (16) selon l'une des revendications 1 à 3. Turboréacteur comprenant une turbine selon la revendication précédente.