Brevet FR3136012A1 — publié le 20231201

Aube (1) de turbomachine comprenant : une enveloppe externe (10) comprenant une paroi intrados (11) et une paroi extrados (12) délimitant entre elles un volume intérieur, un insert (30) disposé dans le volume intérieur de façon à former un passage d’air (40) entre l’insert (30) et l’enveloppe externe (10); et au moins une partie sécable de jonction (20), reliée d’une part à l’insert (30) et d’autre part à l’enveloppe externe (10); dans laquelle une au moins parmi la résistance mécanique à la rupture de la partie sécable de jonction (20), la résistance mécanique à la rupture entre la partie sécable de jonction (20) et l’enveloppe externe (10) et la résistance mécanique à la rupture entre la partie sécable de jonction (20) et l’insert (30) est inférieure à la résistance mécanique à la rupture de l’enveloppe externe (10) et à la résistance mécanique à la rupture de l’insert (30). Figure pour l’abrégé : Fig. 3B. Aube de turbomachine, turbomachine et procédé de fabrication de l’aube Le présent exposé concerne des aubes de turbomachine, en particulier des aubes de distributeur haute pression de turbomachine. On connait des aubes de distributeur haute pression de turbomachine, permettant de guider le flux de gaz chaud issu de la chambre de combustion afin d’entraîner des turbines et munies de circuits de refroidissement permettant de préserver l’intégrité des aubes même soumises à des températures de fonctionnement extrêmes. On utilise des aubes creuses dans lesquelles on rapporte des inserts pour obtenir une meilleure distribution des flux de gaz de refroidissement au sein de l’aube et ainsi un meilleur refroidissement de l’aube. Les inserts peuvent être fixés en tête ou en pied d’aube, l’insert et l’aube étant alors indépendants sur la plupart de la hauteur de l’aube. Pour optimiser la géométrie et réduire les coûts, il serait intéressant de fabriquer l’aube et l’insert ensemble. Cependant, l’absence de continuité de matière entre l’insert et une partie extérieure de l’aube peut alors entraîner des déformations qui résultent en l’apparition de fissures au sein de l’aube, ou encore un non respect de tolérances de fabrication et ainsi un mauvais écoulement de flux de gaz de refroidissement. Ces problématiques associées à la fabrication de l’aube sont d’autant plus présentes dans le cas d’une fabrication par des méthodes additives. Toutefois, prévoir une continuité de matière entre l’insert et une partie extérieure de l’aube peut entraîner une transmission de contraintes entre des pièces soumises à des contraintes thermomécaniques extrêmes en fonctionnement de la turbomachine, pouvant ainsi engendrer une rupture au sein de l’aube, l’insert et une partie extérieure de l’aube. Le présent exposé vise à proposer une aube de turbomachine dont la fabrication est facilitée sans dégrader ses performances en fonctionnement de la turbomachine. A cet effet, le présent exposé concerne une aube de turbomachine comprenant : une enveloppe externe comprenant une paroi intrados et une paroi extrados délimitant entre elles un volume intérieur, un insert disposé dans le volume intérieur de façon à former un passage d’air entre l’insert et l’enveloppe externe; et au moins une partie sécable de jonction, reliée d’une part à l’insert et d’autre part à l’enveloppe externe; dans laquelle une au moins parmi la résistance mécanique à la rupture de la partie sécable de jonction, la résistance mécanique à la rupture entre la partie sécable de jonction et l’enveloppe externe et la résistance mécanique à la rupture entre la partie sécable de jonction et l’insert est inférieure à la résistance mécanique à la rupture de l’enveloppe externe et à la résistance mécanique à la rupture de l’insert. La paroi intrados et la paroi extrados peuvent se rejoindre au niveau d’un bord d’attaque d’une part, et d’un bord de fuite d’autre part. La section de l’enveloppe externe peut être fermée, par exemple vue dans un plan de coupe transversal à la direction générale selon laquelle l’aube s’étend. La section de l’enveloppe externe peut être sensiblement fermée, par exemple fermée à l’exception d’orifices de refroidissement localisés permettant par exemple un refroidissement par film d’air. On entend par passage d’air un volume continu entre une entrée et une sortie distincte de l’entrée autorisant le passage d’air ou de tout autre fluide entre l’entrée et la sortie. On entend par rupture entre deux pièces une rupture complète ou une rupture partielle de la liaison entre les deux pièces. On entend par rupture entre deux parties d’une pièce une rupture complète ou une rupture partielle entre lesdites deux parties. On entend par résistance mécanique à la rupture, la résistance mécanique à la rupture en réponse à des contraintes thermiques ou mécaniques, par exemple un effort simple ou composé, répété ou non, notamment en traction, en compression, en cisaillement, et/ou en flexion, ou tout autre mode de chargement connu de l’homme du métier. Dans le cas d’une contrainte impliquant la partie sécable de jonction, on comprend par résistance à la rupture de l’enveloppe externe la résistance à la rupture d’une région de l’enveloppe externe également sollicitée par ladite contrainte, généralement autour d’une interface entre la partie sécable de jonction et l’enveloppe externe. De la même manière, dans le cas d’une contrainte impliquant la partie sécable de jonction, on comprend par résistance à la rupture de l’insert la résistance à la rupture d’une région de l’insert également sollicitée par ladite contrainte, généralement autour d’une interface entre la partie sécable de jonction et l’insert. Autrement dit, une au moins parmi la résistance mécanique à la rupture de la partie sécable de jonction, la résistance mécanique à la rupture entre la partie sécable de jonction et l’enveloppe externe et la résistance mécanique à la rupture entre la partie sécable de jonction et l’insert est inférieure à la résistance mécanique à la rupture de l’enveloppe externe et à la résistance mécanique à la rupture de l’insert si, - la résistance mécanique à la rupture de la partie sécable de jonction est inférieure à la résistance à la rupture de l’enveloppe externe et la résistance à la rupture de l’insert ; et/ou - la résistance mécanique à la rupture entre la partie sécable de jonction et l’enveloppe externe est inférieure à la résistance mécanique à la rupture de l’enveloppe externe et la résistance à la rupture de l’insert ; et/ou - la résistance mécanique à la rupture entre la partie sécable de jonction et l’insert est inférieure à la résistance mécanique à la rupture de l’enveloppe externe et la résistance à la rupture de l’insert. Autrement dit, suite à l’apparition de contraintes dans l’ensemble formé de la partie sécable de jonction, l’enveloppe externe et l’insert, la rupture éventuelle est localisée dans la partie sécable de jonction, au sens où la rupture sépare la partie sécable de jonction en deux morceaux, et/ou à au moins une des interfaces entre d’une part la partie sécable de jonction et d’autre part l’insert ou l’enveloppe externe, au sens où la rupture sépare la partie sécable de jonction de l’insert et/ou de l’enveloppe externe. En particulier, suite à l’apparition de contraintes dans l’ensemble formé de la partie sécable de jonction, l’enveloppe externe et l’insert, la rupture n’a lieu ni au sein de l’insert, ni au sein de l’enveloppe externe avant que la partie sécable de jonction elle-même ou l’une de ses interfaces avec l’insert ou l’enveloppe externe ne rompe. Par souci de concision mais sans perte de généralité, on parlera par la suite de rupture pour désigner indifféremment la rupture de la partie sécable de jonction elle-même et/ou la rupture entre la partie sécable de jonction et l’enveloppe externe et/ou la rupture entre la partie sécable de jonction et l’insert, à moins qu’une mention particulière ou le contexte donne au terme de rupture un sens différent. Avant rupture, la partie sécable de jonction permet de supporter l’insert dans l’enveloppe externe, assurant une continuité géométrique de l’enveloppe externe et de l’insert qui permet d’améliorer la fabricabilité de l’aube. Une telle aube est particulièrement adaptée pour une fabrication par un procédé de fabrication additive. Par continuité géométrique on désigne la continuité de matière au sein d’une pièce ou d’un ensemble de pièces, indépendamment de la forme de la pièce ou de l’ensemble de pièces. En l’espèce, il est possible de passer continûment de l’enveloppe externe à l’insert via la partie sécable de jonction, que ces pièces soient ou non dans le prolongement les unes des autres en termes de forme, de matériaux, etc. En cas de contrainte mécanique ou thermomécanique entraînant la rupture, la rupture est localisée et/ou circonscrite à la partie sécable de jonction ou à l’une de ses interfaces avec l’insert et l’enveloppe externe. La rupture circonscrite à la partie sécable de jonction permet ainsi de prévenir un endommagement de l’aube, notamment de l’insert et de l’enveloppe externe. Une fois l’aube fabriquée, la rupture complète permet en outre de rendre l’insert géométriquement indépendant de l’enveloppe externe tout en maintenant l’enveloppe externe à distance de l’insert, en particulier à une distance associée à une bonne efficacité du refroidissement de l’aube. La rupture peut être précédée, accompagnée ou remplacée par un ou plusieurs autres endommagements, tels qu’une plastification. La résistance mécanique associée à cet autre endommagement peut être considérée alternativement ou en complément de la résistance mécanique à la rupture. Par exemple, dans le cas d’un endommagement sous forme de plastification, la plastification est localisée et/ou circonscrite à la partie sécable de jonction ou à l’une de ses interfaces avec l’insert et l’enveloppe externe, permettant ainsi de prévenir un endommagement de l’aube, notamment de l’insert et de l’enveloppe externe. Une fois l’aube fabriquée, un endommagement, par exemple une rupture totale, partielle ou une plastification, peut en outre entraîner une redistribution des contraintes au sein de la pièce permettant de prévenir davantage un endommagement non souhaité dans l’aube. En fonctionnement de la turbomachine, la température de l’enveloppe externe est plus élevée que la température de l’insert, de sorte que l’enveloppe externe (appartenant à une zone dite « chaude ») et l’insert (appartenant à une zone dite « froide ») se dilatent de façon différente. Cette dilatation différentielle peut conduire à la rupture au niveau de la partie sécable de jonction. Après rupture, l’indépendance géométrique de l’enveloppe externe et de l’insert permet ainsi d’assurer une indépendance des déplacements thermo-mécaniques entre les zones chaudes et les zones froides, et ainsi de prévenir le risque de rupture au sein de l’enveloppe externe ou de l’insert associé à des déplacements différents entre des zones chaudes et des zones froides. La meilleure fabricabilité et la circonscription de la rupture à la partie sécable de jonction permettent d’assurer l’intégrité de l’enveloppe externe et de l’insert au cours du fonctionnement de la turbomachine, permettant d’assurer le refroidissement de l’aube de turbomachine par exemple par convection interne forcée ou par jet impactant. De plus, en augmentant la flexibilité de fabrication, la présence d’une partie sécable de jonction permet d’accéder à des conceptions d’aubes plus sophistiquées et plus performantes, notamment en termes de refroidissement. Une telle aube est donc compatible avec un fonctionnement de turbomachine à haute température associé à des hautes performances thermiques. Dans certains modes de réalisation, l’aube est une aube de distributeur haute pression de turbomachine. Le distributeur haute pression reçoit des gaz de combustion à haute température depuis la chambre de combustion. En améliorant les capacités de refroidissement des aubes de distributeur haute pression, la turbomachine peut fonctionner à des températures élevées associées à des hautes performances thermiques. On comprend toutefois que l’aube peut être prévue à d’autres positions dans la turbomachine. Par exemple, l’aube peut être une aube d’un autre distributeur, par exemple un distributeur basse pression. Dans certains modes de réalisation, la partie sécable de jonction a une longueur comprise entre 0,2 mm et 2 mm, de préférence entre 0,5 mm et 1 mm. La longueur de la partie sécable de jonction est mesurée selon une direction rectiligne d’espacement entre l’insert et l’enveloppe externe. La longueur de la partie sécable de jonction correspond ainsi à la longueur entre les interfaces respectives de la partie sécable de jonction avec l’enveloppe externe et l’insert, c’est-à-dire aussi à la plus petite distance séparant lesdites interfaces. La longueur de la partie sécable de jonction est un des paramètres déterminant le bon refroidissement par jet impactant de l’enveloppe externe depuis l’insert. La section transverse du passage d’air, dont dépend la vitesse d’écoulement de l’air à travers le passage d’air, dépend de la longueur de la partie sécable de jonction et d’une largeur du passage d’air, la largeur étant mesurée perpendiculairement à la direction de longueur de la partie sécable et à la direction générale selon laquelle l’aube s’étend. De telles valeurs de longueur de partie sécable de jonction assurent une bonne efficacité du refroidissement de l’aube, notamment de l’enveloppe externe. Dans certains modes de réalisation, la partie sécable de jonction a une épaisseur minimale inférieure à 0,5 mm, de préférence inférieure à 0,3 mm. L’épaisseur minimale est la plus petite épaisseur prise localement par la partie sécable de jonction. Au sens du présent exposé, l’épaisseur minimale peut également être située à l’interface entre la partie sécable de jonction et au moins l’un de l’enveloppe externe et de l’insert. L’épaisseur de la partie sécable de jonction est mesurée selon une direction transverse à la fibre neutre de la partie sécable de jonction. De telles dimensions de la partie sécable de jonction permettent d’assurer la fonction de soutien de l’insert et de l’enveloppe externe l’un par rapport à l’autre, tout en concentrant les contraintes au niveau du rétrécissement associé à l’épaisseur minimale, ce qui permet de localiser la rupture dans la partie sécable de jonction, en particulier au niveau du rétrécissement. Dans certains modes de réalisation, l’épaisseur est minimale à une position à laquelle la section transverse est minimale. La section transverse est mesurée dans un plan perpendiculaire à la fibre neutre de la partie sécable de jonction. La section transverse minimale est la plus petite section transverse prise localement par la partie sécable de jonction. Au sens du présent exposé, la section transverse minimale peut également être située à l’interface entre la partie sécable de jonction et au moins l’un de l’enveloppe externe et de l’insert. De telles dimensions de la partie sécable de jonction permettent d’assurer la fonction de soutien de l’insert et de l’enveloppe externe, tout en assurant une concentration de contraintes au niveau du rétrécissement associé à la section transverse minimale permettant de localiser la rupture dans la partie sécable de jonction, en particulier au niveau du rétrécissement. Dans certains modes de réalisation, la partie sécable de jonction comprend une première partie et une deuxième partie reliées entre elles en formant un angle inférieur à 90°, de préférence inférieur à 45°. Un tel angle concentre aisément les contraintes et donne une direction de rupture privilégiée. Dans certains modes de réalisation, au moins un parmi l’insert et l’enveloppe externe est localement renforcé au niveau de sa liaison avec la partie sécable de jonction. Par renfort local au niveau d’une liaison avec la partie sécable de jonction, on entend un renfort au moins dans une zone sollicitée lors de l’application d’une contrainte sur la partie sécable de jonction. Un renfort local peut être réalisé de diverses manières, par exemple par une surépaisseur, un traitement mécanique ou un traitement chimique. Ce renfort permet encore davantage de localiser la rupture à la partie sécable de jonction et de limiter la transmission de cette rupture, et ainsi de préserver l’intégrité de l’enveloppe externe et/ou de l’insert. L’invention concerne également une aube comprenant une pluralité de parties sécables de jonction disposées selon une direction d’écoulement d’air au sein du passage d’air. La pluralité de parties sécables de jonction permettent d’assurer un meilleur support de l’insert et de l’enveloppe externe l’un par rapport à l’autre, le long de la direction d’écoulement d’air. Dans certains modes de réalisation, la distance entre deux parties sécables de jonction successives selon la direction d’écoulement d’air est comprise entre 0,2 mm et 3 mm, de préférence entre 0,4 mm et 1 mm. Une telle distance permet d’assurer la fonction de soutien de la partie sécable de jonction tout en permettant de respecter des contraintes de fabricabilité. Par exemple, dans le cas d’une fabrication de l’aube par une méthode comprenant une étape de fabrication additive sur lit de poudre, une telle distance permet d’assurer le dépoudrage de l’aube. L’invention concerne également une turbomachine comprenant une aube selon la présente invention. L’invention concerne également un procédé de fabrication d’une aube de turbomachine selon la présente invention, comprenant au moins une étape de fabrication additive sur lit de poudre. Dans certains modes de réalisation, l’aube de turbomachine selon la présente invention est fabriquée d’un seul tenant. L’enveloppe externe, l’insert et la partie sécable de jonction peuvent être venus de matière. Dans certains modes de réalisation, le procédé de fabrication d’une aube de turbomachine selon la présente invention comprend au moins une étape d’assemblage. L’étape d’assemblage peut comprendre un assemblage entre l’enveloppe externe 10 et la partie sécable de jonction 20 et/ou un assemblage entre l’enveloppe externe 10 et l’insert 30. La partie sécable de jonction permet de réduire les déformations associées à la fabrication additive, par exemple en soutenant l’enveloppe externe et l’insert l’un par rapport à l’autre, facilitant ainsi la fabrication de l’aube. La partie sécable de jonction permet ainsi d’assurer la formation du passage d’air permettant d’assurer le refroidissement de l’aube. Dans certains modes de réalisation, le procédé comprend une étape de montage de l’aube de turbomachine dans une turbomachine et une étape de rupture, l’étape de rupture comprenant au moins une parmi la rupture de la partie sécable de jonction, la rupture entre la partie sécable de jonction et l’enveloppe externe et la rupture entre la partie sécable de jonction et l’insert, et l’étape de rupture étant antérieure à l’étape de montage de l’aube de turbomachine dans la turbomachine. La rupture peut être réalisée par l’application d’une contrainte sur l’aube, par exemple sur l’insert ou l’enveloppe externe. La rupture peut également être réalisée par toute autre méthode, telle que l’application d’un gradient thermique ou par attaque chimique. Lorsque la rupture est réalisée avant le montage de l’aube dans la turbomachine, l’aube peut être manipulée librement, ce qui donne accès à de nombreuses méthodes. Le procédé peut ainsi être optimisé en fonction des besoins, y compris en termes de temps et de coûts, tout en assurant que la rupture ait bien lieu. En réalisant la rupture avant le montage de l’aube dans la turbomachine, l’enveloppe externe et de l’insert sont géométriquement indépendants dès le montage de sorte que les déplacements thermo-mécaniques entre les zones chaudes et les zones froides sont indépendants dès le montage de l’aube dans la turbomachine. L’aube est ainsi compatible avec un fonctionnement nominal de la turbomachine dès le montage de l’aube dans la turbomachine. Dans certains modes de réalisation, le procédé comprend une étape de montage de l’aube de turbomachine dans une turbomachine et une étape de rupture, l’étape de rupture comprenant au moins une parmi la rupture de la partie sécable de jonction, la rupture entre la partie sécable de jonction et l’enveloppe externe et la rupture entre la partie sécable de jonction et l’insert, et l’étape de rupture étant postérieure à l’étape de montage de l’aube de turbomachine dans la turbomachine. La rupture peut être réalisée par l’application d’une contrainte sur l’aube, par exemple par la mise en fonctionnement de la turbomachine à un niveau de charge prédéfini. Lorsque la rupture est réalisée après le montage de l’aube dans la turbomachine, aucune étape de rupture préalable n’est nécessaire, ce qui facilite l’utilisation de l’aube. La rupture a lieu avec l’aube montée si elle est nécessaire ; sinon, cela signifie que les contraintes sont inférieures à un seuil de dimensionnement de la rupture et ne mettent donc en danger ni l’intégrité de l’enveloppe externe, ni l’intégrité de l’insert. D'autres caractéristiques et avantages de l'objet du présent exposé ressortiront de la description suivante de modes de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux figures annexées. La est une vue en demi-coupe d’une turbomachine comprenant une aube. La est une représentation schématique dans une vue en coupe transversale d’une aube selon un mode de réalisation. La est une représentation schématique d’une aube selon le mode de réalisation dans une vue en coupe selon le plan de coupe III de la . La est une représentation schématique de l’aube de la après rupture. Les figures 4A, 4B, 4C, 4D, 4E et 4F sont des vues schématiques de parties sécables de jonction selon des modes de réalisation distincts. Aube (1) de turbomachine comprenant : une enveloppe externe (10) comprenant une paroi intrados (11) et une paroi extrados (12) délimitant entre elles un volume intérieur, un insert (30) disposé dans le volume intérieur de façon à former un passage d’air (40) entre l’insert (30) et l’enveloppe externe (10); et au moins une partie sécable de jonction (20), reliée d’une part à l’insert (30) et d’autre part à l’enveloppe externe (10); dans laquelle une au moins parmi la résistance mécanique à la rupture de la partie sécable de jonction (20), la résistance mécanique à la rupture entre la partie sécable de jonction (20) et l’enveloppe externe (10) et la résistance mécanique à la rupture entre la partie sécable de jonction (20) et l’insert (30) est inférieure à la résistance mécanique à la rupture de l’enveloppe externe (10) et à la résistance mécanique à la rupture de l’insert (30). Aube (1) de turbomachine selon la revendication 1, dans laquelle l’aube (1) est une aube (1) de distributeur haute pression de turbomachine. Aube (1) de turbomachine selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la partie sécable de jonction (20) a une longueur comprise entre 0,2 mm et 2 mm, de préférence entre 0,5 mm et 1 mm. Aube (1) de turbomachine selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle la partie sécable de jonction (20) a une épaisseur minimale inférieure à 0,5 mm, de préférence inférieure à 0,3 mm. Aube (1) de turbomachine selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle la partie sécable de jonction (20) comprend une première partie et une deuxième partie reliées entre elles en formant un angle inférieur à 90°, de préférence inférieur à 45°. Aube (1) de turbomachine selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle au moins un parmi l’insert (30) et l’enveloppe externe (10) est localement renforcé au niveau de sa liaison avec la partie sécable de jonction (20). Aube (1) de turbomachine selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant une pluralité de parties sécables de jonction (20) disposées selon une direction d’écoulement d’air au sein du passage d’air (40). Aube (1) de turbomachine selon la revendication 7, dans laquelle la distance entre deux parties sécables de jonction (20) successives selon la direction d’écoulement d’air est comprise entre 0,2 mm et 3 mm, de préférence entre 0,4 mm et 1 mm. Turbomachine (101) comprenant une aube (1) de turbomachine selon l’une quelconque des revendications 1 à 8. Procédé de fabrication d’une aube (1) de turbomachine selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant au moins une étape de fabrication additive sur lit de poudre. Procédé de fabrication selon la revendication 10, comprenant une étape de montage de l’aube (1) de turbomachine dans une turbomachine et une étape de rupture, dans lequel l’étape de rupture comprend au moins une parmi la rupture de la partie sécable de jonction (20), la rupture entre la partie sécable de jonction (20) et l’enveloppe externe (10) et la rupture entre la partie sécable de jonction (20) et l’insert (30) ; et l’étape de rupture est antérieure à l’étape de montage de l’aube (1) de turbomachine dans la turbomachine. Procédé de fabrication selon la revendication 10, comprenant une étape de montage de l’aube (1) de turbomachine dans une turbomachine et une étape de rupture, dans lequel l’étape de rupture comprend au moins une parmi la rupture de la partie sécable de jonction (20), la rupture entre la partie sécable de jonction (20) et l’enveloppe externe (10) et la rupture entre la partie sécable de jonction (20) et l’insert (30) ; et l’étape de rupture est postérieure à l’étape de montage de l’aube (1) de turbomachine dans la turbomachine.