Brevet FR3119862A1 — publié le 20220819

Distributeur (10) de turbomachine s’étendant autour d’un axe (70) et comprenant : une virole interne (30); une virole externe (42), et un mât (44) reliant radialement la virole interne (30) et la virole externe (42); et dans lequel : le mât (44) et la virole externe (42) sont formés ensemble d’un seul tenant. Figure pour l’abrégé : Fig. 4. Dispositif de maintien en position d’un aubage de turbomachine L’invention concerne des turbomachines, notamment des turbomachines aéronautiques ou des turbines industrielles comprenant un distributeur dont l’aubage est réalisé en composite à matrice céramique. Un matériau composite à matrice céramique, ci-après désigné par l’expression « matériau CMC » ou « CMC », comprend généralement un renfort de fibres au sein d’une matrice au moins en partie céramique. Des températures de fonctionnement de plus en plus élevées sont mises en œuvre au sein des turbomachines afin d’améliorer leurs performances et de réduire leurs émissions polluantes. Dans ce but, le choix de matériaux pour les parties les plus chaudes des turbomachines s’est porté sur les CMC. Les matériaux CMC possèdent en effet d’excellentes propriétés mécaniques à haute température, ainsi que des masses volumiques faibles permettant un allègement des turbines. En particulier, l’utilisation de matériaux CMC pour des distributeurs de turbine a été proposée, par exemple dans la demande de brevet française FR 3061928. L’intégration d’une pièce en CMC au sein d’un distributeur de turbine est toutefois compliquée au sein d’un environnement métallique, du fait de différences de dilatations thermiques. Il existe donc un besoin pour un dispositif facilitant l’intégration et le maintien en position d’une pièce en CMC au sein d’un distributeur de turbomachine. Le présent exposé concerne un distributeur de turbomachine s’étendant autour d’un axe et comprenant : une virole interne, une virole externe, et un mât reliant radialement la virole interne et la virole externe ; et dans lequel : le mât et la virole externe sont formés ensemble d’un seul tenant. Dans le présent exposé, on appelle axe principal l’axe principal du distributeur, et par extension l’axe principal de la turbine dans laquelle le distributeur est amené à être monté. La direction axiale correspond à la direction de l’axe principal et une direction radiale est une direction perpendiculaire à cet axe et coupant cet axe. De même, un plan axial est un plan contenant l'axe principal et un plan radial est un plan perpendiculaire à cet axe. Une circonférence s’entend comme un cercle appartenant à un plan radial et dont le centre appartient à l’axe du distributeur. Une direction tangentielle ou circonférentielle est une direction tangente à une circonférence ; elle est perpendiculaire à l’axe mais ne passe pas par l’axe. Un plan circonférentiel est un plan strictement parallèle à l’axe, c’est-à-dire ne coupant pas l’axe à l’infini et ne comprenant pas l’axe. Une extension « au moins » selon une direction axiale (respectivement radiale) est une extension au moins en partie selon une direction qui a une composante axiale (respectivement radiale) non nulle. Sauf précision contraire, les adjectifs intérieur, interne, extérieur et externe sont utilisés en référence à une direction radiale de sorte que la partie intérieure ou interne d'un élément est, suivant une direction radiale, plus proche de l'axe que la partie extérieure ou externe du même élément. Par la suite, et sauf indication contraire, par « un » ou « l’ » élément (par exemple conduit, palier, etc.), on entend « au moins un » ou « l’au moins un » ou encore « chaque » élément. Réciproquement, l’emploi générique du pluriel peut inclure le singulier. Par la suite, et sauf indication contraire, par « une pluralité » on entend « au moins deux ». Par « aubage » est compris un ensemble d’une ou plusieurs aubes, pouvant avoir, dans le contexte d’un distributeur de turbomachine, une fonction aérodynamique de redressement de l’écoulement du fluide de travail. Le mât permet un renfort structurel du distributeur. Le mât peut s’étendre radialement entre la virole interne et la virole externe. Par formation du mât et de la virole externe d’un seul tenant est compris la formation de l’ensemble formé du mât et de la virole externe à partir d’une même pièce sans procédé d’assemblage. La formation d’un seul tenant peut aussi concerner un assemblage permanent entre le mât et la virole externe, par exemple par brasage. Un tel distributeur permet l’économie de moyens de fixation entre le mât et la virole externe, permettant ainsi de réduire la masse du distributeur tout en facilitant l’assemblage de l’ensemble mât/virole externe dans le distributeur. Par ailleurs, l’économie de moyens de fixation entre le mât et la virole externe permet de réduire l’encombrement radial du distributeur, tout en facilitant l’intégration du distributeur dans une turbomachine. Par moyens de fixation est compris par exemple un ensemble vis-écrou. Dans certains modes de réalisation, le mât est inséré dans un orifice prévu dans la virole interne. Cette insertion du mât dans un orifice de la virole interne permet de réaliser un assemblage entre l’ensemble mât-virole externe et la virole interne, de sorte que le mât permet d’assurer un renfort structurel du distributeur entre la virole interne et la virole externe. Dans certains modes de réalisation, une goupille est prévue pour relier le mât à la virole interne. La fixation par goupille permet de faciliter le montage du mât avec la virole interne et limiter les risques d’endommagement des pièces lors de l’assemblage du distributeur. Dans certains modes de réalisation, un aubage est monté entre la virole interne et la virole externe. Un tel positionnement permet à l’aubage d’assurer la fonction aérodynamique de redressement de l’écoulement du fluide dans l’étage distributeur. Dans certains modes de réalisation, l’aubage est creux pour permettre le passage du mât. Une telle structure permet à l’aubage d’entourer le mât, afin d’améliorer la fonction aérodynamique de redressement autour du mât ayant une fonction structurelle. Dans certains modes de réalisation, l’aubage est réalisé en matériau composite à matrice céramique. L’utilisation de matériau composite à matrice céramique permet à l’aubage de subir des plus hautes températures qu’un aubage en matériau métallique, permettant ainsi de réduire le débit d’air prélevé au sein du compresseur haute pression nécessaire au refroidissement de l’aubage, ce qui permet d’améliorer la consommation spécifique de la turbomachine, et permet un fonctionnement de la turbomachine à plus haute température, entraînant un meilleur rendement de la turbomachine. En outre, les matériaux composites à matrice céramique présentent une masse volumique plus faible que des matériaux métalliques, ce qui permet un gain en masse réduisant la consommation de la turbomachine. Dans certains modes de réalisation, l’aubage comprend une pluralité d’aubes. Dans certains modes de réalisation, une pluralité de mâts sont disposés sur un contour circonférentiel du distributeur. Dans certains modes de réalisation, chaque mât de la pluralité de mâts relie radialement la virole interne à la virole externe. La pluralité de mâts permet d’assurer le maintien de la structure du distributeur sur un contour circonférentiel du distributeur. Dans certains modes de réalisation, la pluralité de mâts est disposée régulièrement le long d’un contour circonférentiel du distributeur. Une disposition régulière de la pluralité de mâts permet une répartition équitable des efforts au sein du distributeur. Dans certains modes de réalisation, chaque mât est formé d’un seul tenant avec la virole externe par fabrication additive. Le présent exposé concerne également une turbomachine comprenant un distributeur selon le présent exposé. Le présent exposé concerne également un procédé de fabrication d’un distributeur de turbomachine, comprenant les étapes de fabrication d’un seul tenant d’un mât et d’une virole externe pour former un ensemble mât et virole externe, assemblage d’une virole interne avec l’ensemble mât et virole externe de sorte que le mât relie la virole interne et la virole externe. Dans certains modes de réalisation du procédé de fabrication d’un distributeur de turbomachine, la fabrication de l’ensemble mât et virole externe est réalisée par fabrication additive. Dans certains modes de réalisation, le procédé de fabrication d’un distributeur de turbomachine comprend une étape d’insertion du mât dans un aubage. La est une vue schématique partielle d’un distributeur de turbine conforme à l’invention. La est une vue schématique en coupe selon un plan axial d’un distributeur de turbine conforme à l’invention. La est une vue schématique en perspective écorchée selon un plan circonférentiel d’un distributeur de turbine conforme à l’invention. La est une vue schématique en coupe selon un plan radial d’un distributeur de turbine conforme à l’invention, selon le plan de coupe IV de la . La est une vue schématique d’un dispositif de maintien en position conforme à l’invention. La est une vue schématique d’une coupe transverse d’un dispositif de maintien en position conforme à l’invention. Les figures 5C à 5G représentent des vues schématiques de coupes transverses de dispositifs de maintien en position alternatifs. La est une vue schématique en perspective écorchée d’un distributeur de turbine comprenant une couronne de maintien en position selon un premier mode de réalisation. La est une vue schématique en perspective écorchée d’un distributeur de turbine comprenant une couronne de maintien en position selon un deuxième mode de réalisation. Les figures 1 et 2 présentent respectivement une vue schématique partielle et une vue schématique en coupe selon un plan axial d’un distributeur 10 de turbine conforme à l’invention. La présente une vue schématique en perspective écorchée selon un plan circonférentiel d’un distributeur de turbine conforme à l’invention. La est une vue schématique en coupe selon le plan IV de la . Dans les figures 1, 2, 3, 4, 6A et 6B, le distributeur 10 est présenté dans une vue partielle, mais on comprend qu’il s’étend circonférentiellement autour d’un axe principal 70. Le distributeur 10 présente une virole externe 42 et une virole interne 30. La virole externe 42 est située à une position radialement à l’extérieur du distributeur 10, et la virole interne 30 est située à une position radialement à l’intérieur du distributeur 10. Un aubage 20 est monté entre la virole externe 42 et la virole interne 30. L’aubage est formé en matériau composite à matrice céramique. La virole externe 42 et la virole interne 30 sont reliées et solidarisées par un mât 44 radial. le mât 44 radial permet d’assurer le maintien en position de la structure du distributeur 10. La virole externe 42 et le mât 44 sont formés ensemble d’un seul tenant, de manière à former un ensemble mât et virole externe 40. L’ensemble 40 peut ensuite être assemblé avec la virole interne 30 de sorte que le mât 44 relie la virole interne 30 et la virole externe 42. Le mât 44 peut ensuite être assemblé dans l’aubage 20, de manière à monter l’ensemble mât et virole externe 40 dans le distributeur 10. La formation d’un seul tenant de l’ensemble mât et virole externe 40 peut être réalisée par une méthode de fabrication additive, par exemple par fusion laser sur lit de poudre. Le distributeur 10 peut comporter une pluralité de mâts 44 disposée sur un contour circonférentiel du distributeur 10. La pluralité de mâts 44 est disposée régulièrement le long d’un contour circonférentiel du distributeur 10. L’aubage 20 présente une plateforme externe 26, à une position de l’aubage 20 radialement à l’extérieur. L’aubage 20 présente une plateforme interne 22, à une position de l’aubage 20 radialement à l’intérieur. L‘aubage 20 comprend une ou plusieurs aubes 24. Les aubes 24 permettent le redressement d’un flux de gaz, notamment un flux de gaz de combustion issu d’une chambre de combustion de la turbine. Par soucis de visibilité des éléments internes du distributeur 10, les aubes 24 ne sont pas représentées sur les figures 1 et 2, et sont représentées en coupe sur les figures 3, 4, 6A et 6B. Ces aubes 24 s’étendent radialement entre la plateforme interne 22 et la virole externe 42. Les aubes 24 sont délimitées radialement à l’intérieur par la plateforme interne 22, et radialement à l’extérieur par une plateforme externe 26. Un capotage thermique 23 peut être positionné contre une face radialement intérieure de la plateforme interne 22. Le capotage thermique 23 permet de protéger thermiquement du fluide chaud s’écoulant à travers le distributeur des éléments radialement à l’intérieur du distributeur. Comme représenté dans la vue de la , l’aubage 20 est creux, pour permettre le passage d’un mât 44 radial. En particulier, les aubes 24 sont creuses. Ces aubes 24 permettent d’améliorer l’aérodynamisme du distributeur 10, tandis que le mât 44 radial permet de renforcer la structure du distributeur 10. Le mât 44 est inséré dans une ouverture 22A prévue dans la virole interne 22A Comme représenté sur la vue en coupe de la , le mât 44 s’étend à travers une ouverture 22A de la plateforme interne 22, et s’insère dans un orifice 30A de la virole interne 30. Le mât 44 radial peut être fixé à la virole interne 30 par ergotage. Par exemple, le mât peut être inséré dans l’orifice 30A prévu dans la virole interne 30. L’orifice 30A peut prendre la forme d’un trou borgne ou d’une encoche. Un contour de l’orifice 30A fait saillie de manière à former une protrusion entourant le mât 44. La protrusion autour de l’orifice 30A de la virole interne 30 et le mât 44 radial présentent chacun des orifices 52, et la liaison entre la protrusion et le mât 44 radial est réalisée par l’insertion d’une goupille 54 à travers les orifices 52 de la protrusion autour de l’orifice 30A et du mât 44 radial. Dans la vue de la , différentes configurations de mât 44 ont été représentées, avec ou sans orifice 52, avec ou sans goupille 54 à des fins d’illustrations. On comprendra que tout ou partie des mâts 44 peuvent présenter un orifice 52, et que cet orifice 52 est prévu pour l’insertion d’une goupille 54. Un dispositif de maintien en position 60 est disposé entre la virole interne 30 et la plateforme interne 22 de l’aubage 20. En particulier, dans le mode de réalisation des figures 1 et 2, la virole interne 30 et la plateforme interne 22 de l’aubage 20 présentent des surfaces ayant une extension sensiblement selon la direction axiale vu dans un plan axial, notamment dans la vue en coupe selon le plan axial de la . Ainsi, le dispositif de maintien en position 60 s’étend dans une direction sensiblement radiale entre la virole interne 30 et la plateforme interne 22 de l’aubage 20. Comme représenté sur les figures 1 et 2, le capotage thermique 23 est positionné entre le dispositif de maintien en position 60 et la plateforme intérieure 22, formant une pièce intermédiaire permettant d’améliorer la répartition des efforts entre le dispositif de maintien en position 60 et la plateforme intérieure 22. Le capotage thermique 23 peut être absent, et le dispositif de maintien en position 60 peut être positionné directement entre et en contact avec la plateforme intérieure 22 et la virole 30. Pour cette raison, le capotage thermique 23 n’est pas représenté sur les vues des figures 3, 4, 6A et 6B. La représente une vue schématique du dispositif de maintien en position 60, et la représente une vue en coupe transverse du dispositif de maintien en position 60. Dans le mode de réalisation des figures 5A et 5B, le dispositif de maintien en position 60 est formé d’un assemblage de deux tôles 62 ayant chacune une forme courbe. Les deux tôles 62 se rejoignent en deux extrémités respectives au niveau de deux extrémités communes. Les deux tôles 62 présentent une structure imbriquée, c’est-à-dire qu’une première tôle 62 est imbriquée dans une deuxième tôle 62. L’une parmi les deux extrémités communes des deux tôles 62 correspond à une zone de contact 64 entre le dispositif de maintien en position 60 et la plateforme interne 22 de l’aubage 20, lorsque le dispositif de maintien en position 60 est monté dans le distributeur 10. L’autre parmi les deux extrémités communes des deux tôles 62 correspond à une zone de contact entre le dispositif de maintien en position 60 et la virole interne 30, lorsque le dispositif de maintien en position 60 est monté dans le distributeur 10. La zone de contact 64 entre le dispositif de maintien en position 60 et la plateforme interne 22 de l’aubage 20, et la zone de contact entre le dispositif de maintien en position 60 et la virole interne 30 sont formées sur une même surface courbe d’une tôle 62, dite première surface. La première surface étant courbe, la normale à la première surface présente une orientation variable. En particulier, l’orientation de la première surface peut varier de plus de 180° en parcourant la première surface entre son extrémité correspondant à la zone de contact 64 entre le dispositif de maintien en position 60 et la plateforme interne 22 de l’aubage 20, et son extrémité correspondant à la zone de contact entre le dispositif de maintien en position 60 et la virole interne 30. Le dispositif de maintien en position 60 est prévu pour être disposé dans un état élastiquement précontraint entre la virole interne 30 et la plateforme interne 22 de l’aubage 20. Un tel état élastiquement précontraint correspond par exemple à une contrainte exercée dans une direction reliant les deux zones de contact du dispositif de maintien en position 60, afin d’entraîner une déformation rapprochant ces deux zones de contact. Un tel état élastiquement précontraint peut être réalisé par l’application d’une déformation correspondant à un déplacement entre 0.2 mm et 1 mm, de préférence entre 0.4 mm 0.8 mm, et préférence 0.6 mm, entre un état au repos ou non contraint et l’état élastiquement précontraint. En particulier, l’application d’une précontrainte correspondant à l’état précontraint peut être réalisée par le montage de l’aubage 20 entre d’une part la virole externe 42, et d’autre par la virole interne 30 et le dispositif de maintien en position 60. Ce montage est réalisé lorsque la virole externe 42, la virole interne 30 et le dispositif de maintien en position 60 sont préalablement montés dans le distributeur 10. Autrement dit, l’application d’une précontrainte est réalisée par le montage de l’aubage 20 entre d’une part, sur une partie extérieure de l’aubage 20, la virole externe 42, et d’autre part, sur une partie interne de l’aubage 20, la virole interne 30 et le dispositif de maintien en position 60. Ainsi, entre un état « au repos » ou non contraint, correspondant au dispositif de maintien en position 60 représenté isolé sur les figures 5A et 5B, et un état élastiquement précontraint, un effort est appliqué sur le dispositif de maintien en position 60. Les figures 5C, 5D, 5E, 5F et 5G présentent des vues schématiques de coupes transverses de dispositifs de maintien en position 60 alternatifs. Dans les modes de réalisation des figures 5C à 5G, seules la structure des dispositifs de maintien en position 60 varient, les autres caractéristiques du distributeur 10 étant par ailleurs semblables aux modes de réalisation des figures 1 à 5B et ne sont pas répétées. En particulier, une tôle 62 peut présenter une courbure changeant d’orientation, comme représenté sur les figures 5C et 5D. Une tôle 62 peut aussi être imbriquée dans une autre tôle 62 comme représenté sur les figures 5B, 5D, ou 5G, ou deux tôles 62 peuvent n’être que partiellement imbriquées au niveau d’une zone de contact 64 comme sur les figures 5E ou 5F. Il est compris que toute combinaison de courbure ou d’imbrication peut par ailleurs être considérée afin de d’assurer l’application d’un effort permettant le maintien en position de l’aubage. Les figures 6A et 6B présentent deux vues schématiques d’un distributeur 10 de turbine comprenant des couronnes de maintien en position, respectivement selon le premier et deuxième mode de réalisation, dans lequel une partie extérieure du distributeur 10 comprenant l’aubage 20, la virole externe 42 et le mât 44 radial est représentée dans une vue en coupe. Les modes de réalisation des figures 6A et 6B sont compatibles avec la représentation des figures 1 à 5G et les éléments communs ne seront pas décrits. Les vues des figures 6A et 6B représentent l’extension d’un mât 44 radial entre la virole externe 42 et la virole interne 30 à travers les aubes 24 creuses. Les modes de réalisation des figures 6A et 6B diffèrent en la structure d’une couronne de maintien en position 68. Dans le premier mode de réalisation d’une couronne de maintien en position 68 de la , une couronne de maintien en position 68 est formée à partir d’un ou plusieurs dispositifs de maintien en position. La couronne de maintien en position 68 peut être formée d’une pluralité d’éléments de maintien en position indépendants disposés sur un contour circonférentiel du distributeur 10. Le positionnement axial de ces dispositifs de maintien en position est assuré par des saillies 32 destinées à prendre appui sur le dispositif de maintien en position 60 dans une direction au moins axiale, c’est-à-dire présentant une composante axiale non nulle. Le positionnement tangentiel de ces dispositifs de maintien en position est assuré par des saillies 34 destinées à prendre appui sur le dispositif de maintien en position 60 dans une direction au moins tangentielle, c’est-à-dire présentant une composante tangentielle non nulle. La couronne de maintien en position 68 peut également être formée d’un unique dispositif de maintien en position 60 formé sur tout un contour circonférentiel du distributeur 10. Dans le deuxième mode de réalisation d’une couronne de maintien en position 68 de la , une couronne de maintien en position 68 est formée à partir d’une pluralité de dispositifs de maintien en position reliés circonférentiellement par une ou plusieurs jonctions 69. Ainsi, les positions des dispositifs de maintien en position peuvent être prévues pour correspondre avec les positions circonférentielles des aubes 24, et ainsi être disposés contre chacun de la pluralité d’aubes 24. Une telle couronne de maintien en position 68 présente une structure allégée. Le positionnement axial et tangentiel des dispositifs de maintien en position de la couronne est assuré par les saillies 32, 34. Une tôle 62 du dispositif de maintien en position 60 peut être conçue dans un alliage à base de nickel. On comprend toutefois que le principe général du dispositif de maintien en position 60 n’est pas limité à une telle famille de matériaux. Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des modifications et des changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés/mentionnés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif. En particulier, la présente invention a été décrite dans le cas d’un distributeur 10 en CMC, mais on comprend que le principe général de maintien en position d’un aubage 20 dans un distributeur 10 n’est pas limité à l’utilisation d’un matériau CMC. Distributeur (10) de turbomachine s’étendant autour d’un axe (70) et comprenant : une virole interne (30); une virole externe (42), et un mât (44) reliant radialement la virole interne (30) et la virole externe (42); et dans lequel : le mât (44) et la virole externe (42) sont formés ensemble d’un seul tenant. Distributeur (10) selon la revendication 1 dans lequel le mât (44) est inséré dans un orifice prévu dans la virole interne (30). Distributeur (10) selon la revendication 1 ou 2 dans lequel une goupille (54) est prévue pour relier le mât (44) à la virole interne (30). Distributeur (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant un aubage (40) monté entre la virole interne (30) et la virole externe (42). Distributeur (10) selon la revendication 4, dans lequel l’aubage (40) est creux pour permettre le passage du mât (44). Distributeur (10) selon la revendication 4 ou 5, dans lequel l’aubage (40) est réalisé en matériau composite à matrice céramique. Distributeur selon l’une quelconque des revendications 4 à 6 dans lequel l’aubage (40) comprend une pluralité d’aubes (24). Distributeur (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant une pluralité de mâts (44) disposés sur un contour circonférentiel du distributeur (10), chaque mât (44) de la pluralité de mâts (44) reliant radialement la virole interne (30) à la virole externe (42). Distributeur selon la revendication 8, dans lequel la pluralité de mâts (44) est disposée régulièrement le long d’un contour circonférentiel du distributeur (10). Distributeur selon la revendication 1 ou 9, dans lequel chaque mât (44) est formé d’un seul tenant avec la virole externe (42) par fabrication additive. Turbomachine comprenant un distributeur selon l’une quelconque des revendications 1 à 10. Procédé de fabrication d’un distributeur de turbomachine, comprenant les étapes de fabrication d’un seul tenant d’un mât (44) et d’une virole externe (42) pour former un ensemble mât et virole externe (40), assemblage d’une virole interne (30) avec l’ensemble mât et virole externe (40) de sorte que le mât (44) relie la virole interne (30) et la virole externe (42). Procédé de fabrication d’un distributeur de turbomachine selon la revendication 12, dans lequel la fabrication de l’ensemble mât et virole externe (40) est réalisée par fabrication additive. Procédé de fabrication d’un distributeur de turbomachine selon la revendication 12 ou 13, comprenant une étape d’insertion du mât (44) dans un aubage (40).