Brevet FR3114346A1 — publié le 20220325

L’invention concerne un carter (11) de turbomachine, comportant un corps de carter obtenu par forgeage d’un superalliage, ce corps de carter incluant une paroi de révolution (12) ayant une face externe portant des tubes (13) circonférentiels pour souffler de l’air de refroidissement sur la face externe de cette paroi de révolution (12). Les tubes (13) sont maintenus par des attaches rapportées sur la paroi par fabrication additive, et chaque tube (13) est fixé à une attache (14) par emboîtement dans cette attache (14). Figure pour l’abrégé : Figure 3 Carter de turbine de turboréacteur équipé de support de fixation de tubes de refroidissement L’invention concerne le refroidissement d’un carter de turbine de turboréacteur, qui est assuré par des tubes entourant ce carter et diffusant de l’air vers la face externe de ce carter pour le maintenir à une température souhaitée. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Un carter 1 de turbine basse pression de turboréacteur dont une partie est représentée sur la figure 1 comporte une paroi de révolution 2, qui entoure une turbine comprenant un rotor non visible portant des pales mobiles par rapport à ce carter 1. Le jeu radial existant entre les extrémités des aubes mobiles et la face interne du carter conditionne fortement le rendement du moteur, car la quantité de pertes est d’autant plus limitée que ce jeu est faible, attendu que ces pertes correspondent à du fluide qui est propulsé dans le moteur sans entraîner les aubes. En fonctionnement, les fluctuations thermiques auxquelles les composants du moteur sont soumis provoquent des dilatations différentielles de ces composants se traduisant entre autres par une modification du jeu radial existant entre les extrémités de pales mobiles et le carter de turbine. Pour cette raison, le carter est refroidi, de façon à limiter sa dilatation radiale, afin d’assurer que le jeu radial reste minimal aux différentes conditions de fonctionnement du moteur. Ce refroidissement est assuré par des tubes 3 fixés à la face externe de la paroi de révolution 2, ces tubes étant alimentés en air frais qu’ils soufflent à la face externe de la paroi 2 pour la refroidir, l’air frais alimentant ces tubes étant prélevé au niveau d’un compresseur du moteur. Comme visible plus clairement sur la figure 2, ces tubes 3 sont portés par des barrettes 4 auxquelles ils sont fixés par attaches 6. Ces barrettes 4 s’étendent longitudinalement et sont elles-mêmes fixées à des nervures circonférentielles situées aux extrémités de la paroi de révolution 2. Chaque attache 6 entoure entièrement le tube 3 qu’elle porte et est fixée à la barrette 4 par un boulon 7. Complémentairement, chaque barrette 4 est fixée aux nervures de la paroi de révolution 2 par au moins deux boulons 8 situés à ses extrémités. La fixation de l’ensemble des tubes 3 autour de la paroi de révolution nécessite un nombre significatif de barrettes 4, d’attaches correspondantes 6, et autant de boulons, de sorte que le nombre de pièces dédié à la fixation des tubes est très élevé, et en pratique supérieur à trois-cent, ce qui complique significativement l’organisation du flux de fabrication d’un tel carter. Le but de l’invention est d’apporter une solution pour simplifier la fixation des tubes de refroidissement à la périphérie d’un tel carter afin d’en réduire le coût de fabrication. A cet effet, l’invention a pour objet un carter de turbomachine, comportant un corps de carter obtenu par forgeage d’un supéralliage, ce corps de carter incluant une paroi de révolution ayant une face externe portant des tubes circonférentiels pour souffler de l’air de refroidissement sur la face externe de cette paroi de révolution, caractérisé en ce que les tubes sont maintenus par des attaches rapportées sur la paroi par fabrication additive, au moins une attache comportant une embase prolongée par deux bras, l’embase étant portée par la face externe et délimitant conjointement avec les deux bras une face interne en forme de portion de cylindre pour recevoir un tube. Avec cet agencement, le carter peut être fabriqué en superalliage issu de forgeage pour présenter une tenue mécanique et thermique appropriées aux conditions de fonctionnement du moteur, tout en étant équipé d’attaches directement portées par sa face externe, pour que l’ensemble présente un nombre de composants réduit permettant de diminuer le temps de montage. L’invention concerne également un carter ainsi défini, dans lequel chaque tube est fixé à une attache par emboîtement dans cette attache. L’invention concerne également un carter ainsi défini, comportant au moins une attache formée d’un matériau métallique d’apport qui diffère du superalliage constitutif du corps de carter. L’invention concerne également un carter ainsi défini, comportant au moins une attache ayant une embase par laquelle elle est reliée à la face externe, cette embase comportant une face circonférentielle raccordée à la face externe par une portion incurvée. L’invention concerne également un carter ainsi défini, dans laquelle l’embase comporte un évidement central scindant cette embase en deux demi-embases espacées l’une de l’autre, pour qu’un tube porté par cette attache comporte une portion en regard de la face externe permettant de souffler de l’air de refroidissement sur cette face externe entre les deux demi-embases. L’invention concerne également un carter ainsi défini, comportant une barrette fixée au corps de carter, cette barrette couvrant l’alignement d’attaches. L’invention concerne également un carter ainsi défini, comprenant un nombre d’attaches recevant chacune un tube qui est redondant par rapport à un nombre minimal d’attaches nécessaires au maintien des tubes. L’invention concerne également une turbomachine comportant un carter ainsi défini. La est une vue partielle en perspective d’une portion de carter selon l’Etat de la technique ; La est une vue de face d’un système de fixation de tubes selon l’Etat de la technique ; La est une vue partielle en perspective d’une portion de carter selon l’invention ; La est une vue de face d’une attache de tube selon l’invention ; La est une vue en perspective d’une attache de tube selon l’invention ; La est une vue de face d’un système de fixation selon l’invention ; La est une vue de face d’une attache selon une variante de l’invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Le carter selon l’invention, repéré par 11 sur la figure 3, comporte une paroi principale de révolution 12 autour d’un axe principal AX, qui entoure une turbine comprenant un rotor non visible portant des pales mobiles par rapport au carter. En pratique, l’axe AX correspond à l’axe longitudinal du moteur, c’est-à-dire à l’axe de rotation de ses éléments mobiles. Le corps du carter 11, comprenant la paroi 12, est une pièce en superalliage métallique issue de forgeage, afin de lui conférer à la fois la tenue thermique requise et la tenue mécanique appropriée, la pièce brute issue de forgeage étant reprise par usinage. Ce carter porte des tubes 13 qui longent circonférentiellement la face externe de la paroi de révolution 12, et dans lesquels est injecté de l’air frais issu d’un compresseur que ces tubes soufflent sur la face externe de la paroi 12 pour la refroidir. Les tubes 13 s’étendent circonférentiellement autour de la paroi de révolution 12, tout en étant régulièrement espacés les uns des autres selon la direction correspondant à l’axe de révolution de la paroi 12, pour souffler l’air de façon uniformément répartie sur l’ensemble de la face externe. Selon l’invention, des attaches 14 sont rapportées par fabrication additive sur la face externe 16 de la paroi 12 issue de foregeage, ce qui permet de constituer un carter sous forme d’une pièce monobloc ayant la tenue thermique et mécanique requises du fait que son corps est obtenu par forgeage de superalliage. L’intégration des éléments de fixation des tubes de refroidissement à ce corps, par fabrication additive, permet de réduire le nombre de pièces à assembler lors de sa fabrication. Chaque attache 14 a une forme de pince ouverte en direction opposée à la face externe 16 qui la porte, cette pince comportant deux bras 17 et 18 incurvés se faisant face en étant espacés l’un de l’autre selon la direction AX. Ces deux bras délimitent conjointement une forme adaptée pour recevoir un tube par emboîtement, afin de le maintenir en l’enserrant. Comme visible sur la figure 4, l’attache 14 comporte une embase 19 par laquelle elle est solidarisée à la face externe 16, et cette embase 19 est prolongée par les deux bras 17 et 18. L’ensemble formé par l’embase 19 prolongée par les bras 17 et 18 délimite une face interne d’enserrement 21 en forme de portion de cylindre s’étendant sur trois quarts de tour, avec une partie supérieure ouverte 22 d’engagement d’un tube 13. Cette partie supérieure ouverte 22, s’étend sur un quart de tour en étant située en vis-à-vis de l’embase 19. Comme visible sur la figure 5, cette face interne d’enserrement 21 cylindrique s’étend autour d’un axe de révolution AR ayant une orientation orthoradiale par rapport à l’axe AX. Les bras 17, 18 ont des formes de portions de cylindres se faisant face, et afin de faciliter l’emboîtement d’un tube s’engageant entre ces deux bras par la partie supérieure 22, l’arête interne d’extrémité de chaque bras comporte un chanfrein 23, de manière à ne pas constituer un angle vif mais un angle cassé afin de faciliter l’insertion du tube. Pour limiter les concentrations de contraintes au niveau de la jonction de l’embase 19 avec la face 16, on prévoit des rayons de raccordements 24, ce qui signifie que la paroi circonférentielle délimitant l’embase 19 comporte des portions de raccordement incurvées au niveau de sa jonction avec la face externe 16 de la paroi 12, au lieu d’être raccordée à cette face externe 16 par des portions anguleuses. Avantageusement, l’embase 19 comporte un évidement central E par lequel elle est scindée en deux demi-embases 19a et 19b espacées l’une de l’autre le long de l’axe orthoradial AR. Cet évidement E s’étend jusque dans chacun des deux bras 17 et 18, de sorte qu’il constitue une ouverture inférieure traversante de l’attache 14 grâce à laquelle une portion inférieure du tube 13 enserré dans l’attache 14 est directement en vis-à-vis de la face 16. Le tube 13 peut ainsi comporter des trous de soufflage d’air dans cette ouverture inférieure, de manière à refroidir efficacement la paroi 12 au centre de la région portant l’attache 14. Chaque attache 14 est ajoutée sur le carter issu de forgeage et éventuellement d’usinage, par fabrication additive selon un procédé de dépôt de métal fusionné par laser (procédé dit LMD signifiant Laser Metal Deposition). Avantageusement, le métal constitutif de l’attache diffère du supéralliage constitutif du corps de carter, pour que les bras 17 et 18 présentent une plus grande flexibilité de manière à permettre un engagement aisé des tubes 13 par emboîtement. A ce titre, le fait de prévoir des rayons de raccordement 24 au niveau de la jonction de l’attache avec la face externe 16 permet de mieux supporter les éventuelles dilatations différentielles résultant des comportements différents du matériau des attaches et du matériau du corps de carter vis-à-vis des fluctuations thermiques. Autrement dit, les rayons de raccordements ou incurvations des surfaces de raccordement de l’embase avec la face externe 16 permettent de limiter la concentration de contrainte résultant de dilatations différentielles. Complémentairement, et afin de faciliter les opérations de maintenance, le nombre d’attaches 14 ajoutées par fabrication additive sur le corps de carter est prévu redondant, c’est-à-dire supérieur au nombre d’attaches théoriquement minimal. Ainsi, en cas de rupture d’une attache au cours d’opération de maintenance ou analogue, il n’est pas nécessaire d’en former immédiatement une nouvelle pour la remplacer, car la redondance prévue assure que l’absence de l’une des attaches n’est pas rédhibitoire pour la remise en service du moteur. Dans ce cas, l’attache détériorée pourra être réparée et/ou remplacée lors d’une opération de maintenance ultérieure pouvant par exemple être programmée pour l’opération de révision du moteur à venir. Par ailleurs, la réparation ou le remplacement d’une attache détériorée peut être assuré avec un procédé de fabrication additive du même type que celui qui a été utilisé pour constituer cette attache. Comme représenté schématiquement sur la figure 6, la paroi de révolution 12 peut être pourvue d’un alignement d’attaches 26, constitué de plusieurs attaches 14 alignées selon la direction AX tout en étant espacées les unes des autres selon cette direction, chaque attache 14 recevant un tube 13 orienté circonférentiellement. Comme indiqué plus haut, chaque tube 13 est emboîté dans une attache en étant engagé dans celle-ci par sa partie supérieure ouverte. Dans ce cas, et comme illustré sur la figure 6, on peut avantageusement prévoir une barrette 27 dont les extrémités sont fixées, par exemple par des boulons 28, à des nervures externes 29 et 31 du corps de carter 11. Cette barrette s’étend des tubes 13, par exemple au niveau de l’alignement 26 (mais pas nécessairement), pour assurer que les tubes 13 ne puissent pas être involontairement déboités des logements que forment leurs attaches, par exemple par un opérateur durant une opération de maintenance. Alternativement à l’attache représentée sur les figures 4 et 5, qui est agencée pour recevoir le tube 13 et à le maintenir par emboîtement, il est également possible de prévoir des attaches 14 du type représenté sur la figure 7, c’est-à-dire comprenant un support 32 rapporté par fabrication additive sur la face externe 16, et une demi-bride 33 se fixant à ce support 32 par deux vis 34 pour bloquer complètement un tube 13. Comme visible sur la figure 7, le support 32 comporte lui aussi une embase 19 prolongée par deux bras 17, 18 pour délimiter une face interne qui est ici hémicylindrique, de sorte que ce support 32 a une forme de demi-bride. Chaque bras 17, 18 comporte un trou taraudé destiné à recevoir une vis de serrage de la demi-bride 33, et la demi-bride 33 comporte dans chaque bras un trou traversant dans lequel s’engage une vis. La fixation d’un tube 13 est ainsi assurée en le plaçant dans l’empreinte hémicylindrique du support 32, puis en plaçant la demi-bride 33 sur l’ensemble. Chaque vis 34 est alors engagée dans un trou correspondant de la demi-bride 33 pour être vissée et serrée dans le trou taraudé du bras correspondant du support 32. Carter (11) de turbomachine, comportant un corps de carter obtenu par forgeage d’un superalliage, ce corps de carter incluant une paroi de révolution (12) ayant une face externe (16) portant des tubes (13) circonférentiels pour souffler de l’air de refroidissement sur la face externe (16) de cette paroi de révolution (12), caractérisé en ce que les tubes (13) sont maintenus par des attaches (14) rapportées sur la paroi par fabrication additive, au moins une attache (14) comportant une embase (19) prolongée par deux bras (17, 18), l’embase (19) étant portée par la face externe (16) et délimitant conjointement avec les deux bras (17, 18) une face interne en forme de portion de cylindre pour recevoir un tube (13). Carter (11) selon la revendication 1, dans lequel chaque tube (13) est fixé à une attache (14) par emboîtement dans cette attache (14). Carter (1) selon l’une des revendications précédentes, comportant au moins une attache (14) formée d’un matériau métallique d’apport qui diffère du superalliage constitutif du corps de carter. Carter (1) selon la revendication 1, comportant au moins une attache ayant une embase (19) par laquelle elle est reliée à la face externe (16), cette embase (19) comportant une face circonférentielle raccordée à la face externe (16) par une portion incurvée. Carter (1) selon la revendication 1, dans laquelle l’embase (19) comporte un évidement central (E) scindant cette embase en deux demi-embases (19a, 19b) espacées l’une de l’autre, pour qu’un tube (13) porté par cette attache (14) comporte une portion en regard de la face externe (16) permettant de souffler de l’air de refroidissement sur cette face externe (16) entre les deux demi-embases (19a, 19b). Carter (1) selon l’une des revendications précédentes, comportant une barrette (27) fixée au corps de carter, cette barrette (27) couvrant l’alignement d’attaches (26). Carter (1) selon l’une des revendications précédentes, comprenant un nombre d’attaches (14) recevant chacune un tube (13) qui est redondant par rapport à un nombre minimal d’attaches (14) nécessaires au maintien des tubes (13). Turbomachine comportant un carter (1) selon la revendication 1.