Brevet FR3100562A1 — publié le 20210312

L’invention concerne un procédé de sélection d’un profil radial d’une cavité à réaliser dans une face arrière d’une roue à aubes. Le procédé de sélection permet avantageusement d’adapter le profil radial (16C) d’une cavité (14) à une zone spécifique (2), contrainte en profondeur et radialement, en préviligiant un profil radial (16C) étendu de la cavité dans la zone spécifique, de manière à ce que la profondeur de la cavité soit la plus faible possible dans la zone spécifique. Figure 5 Procédé de sélection d’un profil radial d’une cavité à réaliser dans une face arrière d’une roue à aubes. Domaine technique auquel se rapporte l'invention La présente invention concerne le domaine technique de l’équilibrage d’une roue à aubes par un retrait de matière. Elle concerne plus particulièrement un procédé de sélection d’un profil radial d’une cavité, à réaliser dans une face arrière d’une roue à aubes afin de modifier la valeur de son balourd. Arrière-plan technologique De façon connue, un turbocompresseur permet d’augmenter le rendement d’un moteur thermique. Un turbocompresseur comprend une roue de turbine, maintenue à une extrémité d’un arbre mécanique, et une roue de compresseur maintenue à une autre extrémité dudit arbre. La roue de turbine est placée dans le flux des gaz d’échappement du moteur, afin d’entrainer la rotation de la roue de compresseur par l’intermédiaire de l’arbre mécanique. La roue de compresseur est quant à elle placée dans le conduit d’admission du moteur, pour comprimer les gaz d’admission avant leur injection dans le moteur. La vitesse de rotation du turbocompresseur peut alors atteindre des vitesses très élevées, de l’ordre de 250 000 tours par minute. De ce fait, un mauvais équilibre entre l’arbre mécanique et la roue de turbine est susceptible de générer des vibrations, pouvant provoquer une nuisance sonore sous la forme d’un sifflement ainsi qu’une usure prématurée du turbocompresseur. Habituellement, les roues de turbines sont des roues à aubes réalisées par fonderie. La surface brute des roues à aubes ne favorise pas son centrage précis sur l’abre mécanique lors du soudage. De plus, la répartition du métal d’apport n’est pas non plus contrôlée précisément lors de leur soudage. L’axe de rotation de l’arbre mécanique se trouve ainsi plus ou moins décalé par rapport au centre d’inertie de la pièce soudée. Pour cette raison, il est nécessaire de contrôler la valeur de ce décalage ou déséquilibre que l’on nomme balourd, pour chaque pièce soudée, afin de s’assurer que cette valeur soit bien comprise dans les plages de tolérance prédéfinies par les constructeurs de turbocompresseurs. Dans le cas inverse, une opération d’équilibrage est nécessaire. Cette opération consiste à ménager une cavité au niveau de la face arrière de la roue à aubes, de manière à retirer une quantité de matière suffisante pour corriger la valeur du balourd de la pièce soudée. Afin de garantir une certaine rigidité mécanique, les fabricants des roues à aubes imposent que le retrait de matière soit effectué dans une zone spécifique, limitant la profondeur et l’étendue radiale du retrait de matière. Il est connu de l’état de la technique des procédés de sélection de la forme d’une cavité, préalablement à sa réalisation, prenant en compte les contraintes imposées par les fabricants de roues à aubes, de manière à pouvoir retirer lors d’une seule opération d’équilibrage, la quantité de matière souhaitée au niveau d’une face arrière d’une roue à aubes. Les procédés actuels de sélection mettent en oeuvre une étape de modélisation d’un profil radial d’une cavité, située dans la zone spécifique imposée par le fabricant. Le profil radial de la cavité est positionné de sorte que le fond de la cavité est au niveau de la profondeur maximale de la zone spécifique. La valeur de la surface du profil radial de la cavité est par la suite comparée à une valeur de consigne. Si l’écart est trop important entre ces deux valeurs, le procédé de sélection modifie la forme du profil radial. Lorsque le procédé de sélection souhaite augmenter la valeur de la surface du profil radial, afin de tendre vers la valeur de consigne, le profil radial peut uniquement être agrandi selon une seule direction, parallèle à la face arrière de la roue à aubes. Les procédés actuels de sélection du profil radial d’une cavité, à ménager dans une zone spécifique d’une roue à aubes, offrent donc des possibilités limitées pour agrandir une cavité. Selon un autre inconvénient, les procédés actuels de sélection du profil radial d’une cavité privilégient des profils de cavités dont le fond est positionné au niveau de la profondeur maximale de la zone spécifique. Les profils radiaux des cavités proposés sont donc souvent étroits et leur réalisation délicate. Selon un autre inconvénient, les profils radiaux de cavités profond et étroit, fragilisent de façon significative la structure mécanique des roues à aubes, par rapport à un profil radial plus large et moins profond. L’invention vise à remédier aux problèmes techniques mentionnés ci-dessus, en proposant un procédé de sélection du profil radial d’une cavité, à ménager dans une zone spécifique de retrait d’une roue à aubes, offrant une plus grande variété de formes de profil afin de faciliter leur mise en oeuvre et mieux préserver les propriétés mécaniques d’une roue à aubes. Objet de l’invention Pour cela, l’invention propose un procédé de sélection d’un profil radial d’une cavité à ménager dans une face arrière d’une roue à aubes, afin de modifier la valeur de son balourd, le profil radial de la cavité comprenant une première portion s’étendant entre un bord distal et un fond de la cavité, et une seconde portion s’étendant entre le fond et un bord proximal de la cavité, la cavité devant être comprise dans une zone spécifique s’étendant entre un rayon minimal et un rayon maximal au niveau de la face arrière de la roue à aubes, la profondeur de la zone spécifique mesurée depuis la face arrière de la roue à aubes étant limitée à une profondeur maximale. L’invention se caractérise en ce que le procédé de sélection met en oeuvre les étapes suivantes : a) positionnement d’un profil radial de la cavité dans la zone spécifique ; puis b) calcul de la valeur de la surface du profil radial de la cavité ; puis c) comparaison de la valeur de la surface calculée à une valeur de consigne prédéfinie lorsque la valeur de la surface calculée est inférieure à la valeur de consigne, le profil radial de la cavité est agrandi : - selon une direction radiale à la roue à aubes, lorsque le fond de la cavité est situé à une profondeur intermédiaire, la profondeur intermédiaire étant inférieure à la profondeur maximale de la zone spécifique, ou - selon une direction normale ou sensiblement normale à la face arrière de la roue à aubes, lorsque le fond de la cavité est situé à une profondeur supérieure à la profondeur intermédiaire ; puis d) le procédé reproduit l’étape b). L’invention propose ainsi un nouveau procédé de sélection du profil radial d’une cavité à ménager dans une face arrière d’une roue à aubes, permettant d’agrandir le profil radial selon deux directions différentes, selon une direction radiale lorsque le fond de la cavité est situé à une profondeur intermédiaire, ou selon une direction normale ou sensiblement normale à la face arrière de la roue à aubes lorsque le fond de la cavité est situé à une profondeur supérieure à la profondeur intermédiaire. Le procédé de sélection selon l’invention favorise ainsi une occupation radiale de la cavité la plus large possible, dans une zone spécifique, avant de devoir accroître la profondeur de la cavité pour augmenter la quantité de matière retirée de la roue à aubes. En d’autres termes, le procédé de sélection selon l’invention privilégie un profil radial de cavité plus large que profond, lorsque la zone spécifique le permet. Cela permet avantageusement de mieux préserver la résistance mécanique de la roue à aubes. Selon une variante de réalisation de l’invention, la valeur de la profondeur intermédiaire est comprise entre 20% et 80% de la valeur de la profondeur maximale de la zone spécifique, de préférence entre 50% et 60%. Selon un exemple de réalisation particulier, la profondeur maximale de la zone spécifique est comprise entre 0,2 mm et 1,5 mm, de préférence entre 0,5 mm et 1 mm. Selon une variante de réalisation de l’invention, lorsque le fond de la cavité a une profondeur supérieure à la profondeur intermédiaire, le bord proximal et le bord distal de la cavité sont respectueusement situés au niveau du rayon minimal et au niveau du rayon maximal de la zone spécifique. Par les termes “au niveau”, on entend ici le fait que le bord proximal et/ou le bord distal de la cavité, soient respectivement confondus avec le rayon minimal et le rayon maximal de la zone spécifique, ou bien respectivement écartés du rayon minimal et du rayon maximal de la zone spécifique, d’une distance comprise entre 0 et 1 mm. Selon une variante de réalisation de l’invention, lorsque le fond de la cavité est situé à la profondeur intermédiaire, le profil radial de la cavité est agrandi en insérant au moins une portion intermédiaire entre le fond et la seconde portion du profil de la cavité. Selon un mode de réalisation particulier, au moins une portion intermédiaire est de forme rectiligne. Selon un autre mode de réalisation particulier, au moins une portion intermédiaire est inclinée par rapport à la face arrière de la roue à aubes, l’angle d’inclinaison de la portion intermédiaire étant compris entre -12° et +12°, de préférence entre -6° et +6°. Selon un autre mode de réalisation particulier, au moins deux portions intermédiaires sont alignées. Selon une variante de réalisation de l’invention, lorsque le bord proximal et le bord distal de la cavité sont respectueusement situés au niveau du rayon minimal et au niveau du rayon maximal de la zone spécifique, le profil radial de la cavité est agrandi selon une direction normale ou sensiblement normale à la face arrière de la roue à aubes. Selon une variante de réalisation de l’invention, lorsque le fond de la cavité a une profondeur supérieure à la profondeur intermédiaire, le profil radial de la cavité est agrandi en translatant la ou les portions intermédiaires du profil radial de la cavité, comprise entre la première portion et la seconde portion du profil radial de la cavité. Selon un mode de réalisation particulier, la portion ou les portions intermédiaires sont translatées selon une direction normale à la face arrière de la roue à aubes. Selon un autre mode de réalisation de l’invention, la longueur d’au moins une portion intermédiaire est réduite lorsque la ou les portions intermédiaires sont translatées selon une direction normale à la face arrière de la roue à aubes. Ce mode de réalisation permet avantageusement l’emploi du même outil pour agrandir la cavité dans la zone spécifique, sans que les bords de la cavité ne dépassent de la zone spécifique. Selon une variante de réalisation de l’invention, lors de l’étape c), le profil radial de la cavité est agrandi lorsque la valeur de la surface calculée est inférieure à 95% de la valeur de consigne, de préférence inférieure à 99% de la valeur de consigne. Selon une variante de réalisation de l’invention, le profil radial de la cavité est validé si la valeur de sa surface est comprise dans une plage de tolérance de la valeur de consigne, ou le profil radial de la cavité est translaté en direction de la face arrière de la roue à aubes de manière à réduire la valeur de sa surface, lorsque celle-ci est supérieure à la valeur de consigne. Selon un autre mode de réalisation particulier, le profil radial de la cavité est translaté en direction de la face arrière de la roue à aubes de manière à réduire la valeur de sa surface, lorsque celle-ci est supérieure à la valeur de consigne, de préférence supérieure à 101% de la valeur de consigne. Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation mentionnées ci-dessus peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. L’invention concerne également un procédé de sélection du profil d’une cavité à réaliser dans une face arrière d’une roue à aubes, afin de modifier la valeur de son balourd, mettant en œuvre au moins un procédé de sélection du profil radial d’une cavité tel que décrit ci-dessus. L’invention concerne aussi un dispositif d’équilibrage d’une roue à aubes, comprenant des moyens de mémorisation d’un procédé de sélection du profil d’une cavité décrit ci-dessus, des moyens de retrait de matière au niveau d’une face arrière d’une roue à aubes, une unité de pilotage apte à mettre en œuvre le procédé de sélection mémorisé, puis réaliser dans une face arrière d’une roue à aubes une cavité conforme au profil déterminé par le procédé de sélection mémorisé. Description des figures L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à des modes de réalisations préférés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels : représente une vue schématique et partielle d’une coupe radiale d’une roue à aubes, illustrant le positionnement d’une zone spécifique de retrait de matière au niveau d’une face arrière de la roue aubes, dont le positionnement et les dimensions sont imposées par le fabriquant de la roue à aubes ; représente une vue schématique et partielle de la roue à aubes illustrée par la figure 1, comprenant un exemple de cavité ménagée dans la zone spécifique, dans le but d’équilibrer le balourd de la roue à aubes, dont le profil radial a été validé par le procédé de sélection selon l’invention ; représente une vue schématique et partielle de la roue à aubes illustrée par la figure 1, comprenant un autre exemple de cavité ménagée dans la zone spécifique, dans le but d’équilibrer le balourd de la roue à aubes, dont le profil radial a été validé par le procédé de sélection selon l’invention ; représente une vue schématique et partielle de la roue à aubes illustrée par la figure 1, comprenant un autre exemple de cavité ménagée dans la zone spécifique, dans le but d’équilibrer le balourd de la roue à aubes, dont le profil radial a été validé par le procédé de sélection selon l’invention ; représente une vue schématique et partielle de la roue à aubes illustrée par la figure 1, comprenant un autre exemple de cavité ménagée dans la zone spécifique, dans le but d’équilibrer le balourd de la roue à aubes, dont le profil radial a été validé par le procédé de sélection selon l’invention ; représente une vue schématique et partielle de la roue à aubes illustrée par la figure 1, comprenant un autre exemple de cavité ménagée dans la zone spécifique, dans le but d’équilibrer le balourd de la roue à aubes, dont le profil radial a été validé par le procédé de sélection selon l’invention ; représente une vue schématique et partielle de la roue à aubes illustrée par la figure 1, comprenant un autre exemple de cavité ménagée dans la zone spécifique, dans le but d’équilibrer le balourd de la roue à aubes, dont le profil radial a été validé par le procédé de sélection selon l’invention ; représente une vue schématique d’un dispositif d’équilibrage d’une roue à aubes, apte à mettre en oeuvre un procédé de sélection du profil radial d’une cavité selon l’invention, à ménager dans une face arrière d’une roue à aubes pour l’équilibrer. Procédé de sélection d’un profil radial d’une cavité (14) à ménager dans une face arrière (4) d’une roue à aubes (6), afin de modifier la valeur de son balourd, le profil radial de la cavité comprenant une première portion (18) s’étendant entre un bord distal (20) et un fond (22) de la cavité, et une seconde portion (24) s’étendant entre le fond (22) et un bord proximal (26) de la cavité, la cavité devant être comprise dans une zone spécifique (2) s’étendant entre un rayon minimal (Rmin) et un rayon maximal (Rmax) au niveau de la face arrière (4) de la roue à aubes, la profondeur de la zone spécifique (2) mesurée depuis la face arrière (4) de la roue à aubes étant limitée à une profondeur maximale (Pmax), caractérisé en ce que le procédé de sélection met en oeuvre les étapes suivantes : a) positionnement d’un profil radial (16C) de la cavité (14) dans la zone spécifique (2) ; puis b) calcul de la valeur de la surface (Vs) du profil radial (16C) de la cavité ; puis c) comparaison de la valeur de la surface (Vs) calculée à une valeur de consigne (Vc) prédéfinie ; puis lorsque la valeur de la surface (Vs) calculée est inférieure à la valeur de consigne (Vc), le profil radial (16C) de la cavité est agrandi : - selon une direction radiale à la roue à aubes, lorsque le fond (22) de la cavité est situé à une profondeur intermédiaire (Pint), inférieure à la profondeur maximale (Pmax) de la zone spécifique, ou - selon une direction normale ou sensiblement normale à la face arrière (4) de la roue à aubes, lorsque le fond (22) de la cavité est situé à une profondeur supérieure à la profondeur intermédiaire (Pint) ; puis d) le procédé reproduit l’étape b). Procédé de sélection selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la valeur de la profondeur intermédiaire (Pint) est comprise entre 20% et 80% de la valeur de la profondeur maximale (Pmax) de la zone spécifique. Procédé de sélection selon la revendication précédente 1 ou 2, caractérisé en ce que lorsque le fond (22) de la cavité a une profondeur supérieure à la profondeur intermédiaire (Pint), le bord proximal (26) et le bord distal (20) de la cavité sont respectueusement situés au niveau du rayon minimal (Rmin) et au niveau du rayon maximal (Rmax) de la zone spécifique. Procédé de sélection selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lorsque le fond (22) de la cavité est situé à la profondeur intermédiaire (Pint), le profil radial (16C) de la cavité est agrandi en insérant au moins une portion intermédiaire (30) entre le fond (22) et la seconde portion (24) du profil de la cavité. Procédé de sélection selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’au moins une portion intermédiaire (30) est de forme rectiligne. Procédé de sélection selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu’au moins une portion intermédiaire (30) est inclinée par rapport à la face arrière de la roue à aubes, l’angle d’inclinaison de la portion intermédiaire (30) étant compris entre -12° et +12°. Procédé de sélection selon l’une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu’au moins deux portions intermédiaires sont alignées. Procédé de sélection selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lorsque le bord proximal (26) et le bord distal (20) de la cavité (14) sont respectueusement situés au niveau du rayon minimal (Rmin) et au niveau du rayon maximal (Rmax) de la zone spécifique, le profil radial (16) de la cavité est agrandi selon une direction normale ou sensiblement normale à la face arrière (4) de la roue à aubes. Procédé de sélection selon l’une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que lorsque le fond (22) de la cavité a une profondeur supérieure à la profondeur intermédiaire (Pint), le profil radial (16) de la cavité est agrandi en translatant la ou les portions intermédiaires (30), comprises entre la première portion (18) et la seconde portion (24) du profil radial (16) de la cavité. Procédé de sélection selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la portion ou les portions intermédiaires (30) sont translatées selon une direction normale à la face arrière de la roue à aubes. Procédé de sélection selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la longueur d’au moins une portion intermédiaire (30) est réduite lorsque la ou les portions intermédiaires sont translatées selon une direction normale à la face arrière de la roue à aubes. Procédé de sélection selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lors de l’étape c), le profil radial (16) de la cavité est agrandi lorsque la valeur de la surface (Vs) calculée est inférieure à 95% de la valeur de consigne (Vc). Procédé de sélection selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le profil radial (16) de la cavité est validé si la valeur de sa surface (Vs) est comprise dans une plage de tolérance de la valeur de consigne (Vc), ou le profil radial (16) de la cavité est translaté en direction de la face arrière de la roue à aubes de manière à réduire la valeur de sa surface (Vs) lorsque celle-ci est supérieure à la valeur de consigne. Procédé de sélection du profil d’une cavité (14) à ménager dans une face arrière (4) d’une roue à aubes (6), afin de modifier la valeur de son balourd, caractérisé en ce qu’il met en œuvre au moins un procédé de sélection du profil radial (16) d’une cavité tel que décrit selon l’une des revendications précédentes. Dispositif d’équilibrage d’une roue à aubes (6) comprenant des moyens de mémorisation (34) d’un procédé de sélection du profil d’une cavité selon la revendication 14, des moyens de retrait (36) de matière au niveau d’une face arrière d’une roue à aubes, une unité de pilotage (38) apte à mettre en œuvre le procédé de sélection mémorisé puis réaliser dans une face arrière d’une roue à aubes une cavité conforme au profil déterminé par le procédé de sélection mémorisé.