FR3037829A1

FR3037829A1 - Noyau pour le moulage d'une aube ayant des cavites superposees et comprenant un trou de depoussierage traversant une cavite de part en part

Info

Publication number: FR3037829A1
Application number: FR1556068A
Authority: FR
Inventors: Matthieu Jean Luc Vollebregt; Patrick Emilien Paul Emile Huchin
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2015-06-29
Filing date: 2015-06-29
Publication date: 2016-12-30
Anticipated expiration: 2035-06-29
Also published as: FR3037829B1; GB201611293D0; GB2542882B; US10864660B2; GB2542882A; US20160375610A1

Abstract

L'invention concerne un noyau pour le moulage d'une aube de turbomachine, cette aube comprenant une pale s'étendant selon une direction d'envergure (EV) et se terminant par un sommet (S), ce noyau (26) comprenant un premier élément de noyau (27) pour délimiter une première cavité interne et un second élément de noyau (28) dont au moins une portion (29) délimite une seconde cavité interne. La seconde cavité est située entre la première cavité et le sommet (S) de l'aube selon la direction d'envergure (EV), et la portion (29) du second élément de noyau (28) délimitant la seconde cavité comprend un trou traversant, qui débouche au droit d'une face d'extrémité du premier élément de noyau (27) pour constituer un conduit de dépoussiérage de la première cavité, ce conduit traversant la seconde cavité de part en part en débouchant dans le sommet (S) de l'aube.

Description

1 NOYAU POUR LE MOULAGE D'UNE AUBE AYANT DES CAVITES SUPERPOSEES ET COMPRENANT UN TROU DE DEPOUSSIERAGE TRAVERSANT UNE CAVITE DE PART EN PART DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne la fabrication d'une aube de moteur d'aéronef de type turbomachine, tel que par exemple un turboréacteur ou un turbopropulseur. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Dans un tel moteur de type turboréacteur, repéré par 1 dans la figure 1, l'air est admis dans une manche d'entrée 2 pour traverser une soufflante comportant une série de pales rotatives 3 avant de se scinder en un flux primaire central et un flux secondaire entourant le flux primaire.

Le flux primaire est compressé par des compresseur basses pressions 4 et haute pression 6 avant d'atteindre une chambre de combustion 7, après quoi il se détend en traversant des turbines 8, avant d'être évacué en générant une poussée. Le flux secondaire est quant à lui propulsé directement par la soufflante pour générer une poussée complémentaire.

Chaque turbine 8 comporte des séries d'aubes orientées radialement et régulièrement espacées autour d'un arbre de rotation AX, un carter externe 9 entourant l'ensemble du moteur. Le refroidissement des aubes est assuré en faisant circuler dans chaque aube de l'air prélevé en amont de la combustion et admis en pied d'aube, cet air étant évacué par des perçages traversant les parois de ces aubes. Une telle aube, qui est repérée par 11 sur la figure 2, comprend un pied P par lequel elle est fixée à un corps rotatif, et une pale 12 portée par ce pied P, le pied et la pale étant séparés par une plateforme 13. La pale 12 a une forme gauche vrillée autour d'un axe EV dit axe d'envergure qui est perpendiculaire à l'axe AX. Elle comprend une base par laquelle elle est raccordée à la plateforme 13 et qui se prolonge radialement jusqu'à un sommet S qui 3037829 2 est l'extrémité libre de cette pale. Les deux parois principales de la pale sont sa paroi d'intrados 14 et sa paroi d'extrados non visible sur la figure 2, qui sont espacées l'une de l'autre dans leur portion courante et qui se réunissent au niveau du bord de fuite 15. Le sommet S de l'aube 11 comporte une paroi de fermeture 5 perpendiculaire à la direction EV, et qui raccorde les parois d'intrados et d'extrados. Cette paroi de fermeture non visible sur la figure 2 est en retrait vers l'axe AX par rapport aux bords libre des parois d'intrados et d'extrados. Elle délimite conjointement avec ces bords une portion creuse ouverte en direction opposée à l'axe AX, appelée baignoire représentées schématiquement en traits discontinus et repérée par B, qui est située en 10 tête de l'aube c'est-à-dire au niveau de son sommet. Les besoins accrus en performances conduisent à optimiser le refroidissement de l'aube qui est assuré par circulation d'air dans des cavités et canaux internes de cette aube. Cette optimisation conduit à multiplier le nombre des cavités et de canaux internes, ce qui donne lieu à des formes géométriques imbriquées pouvant 15 être complexes. Afin d'assurer que le refroidissement ne puisse pas être dégradé, chaque cavité interne est reliée à l'extérieur par au moins un trou de dépoussiérage pour évacuer d'éventuelles poussières afin qu'elles n'obstruent pas la circulation d'air. L'objet de l'invention est d'apporter un procédé de fabrication 20 permettant de réaliser une grande variété de formes de cavités internes tout en assurant leur dépoussiérage. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a pour objet un noyau pour le moulage d'une aube de turbomachine, cette aube comprenant une pale s'étendant selon une direction d'envergure de l'aube et se terminant par un sommet, ce noyau comprenant un premier élément de noyau pour délimiter une première cavité interne de l'aube et un second élément de noyau dont au moins une portion délimite une seconde cavité interne de l'aube, ces éléments de noyaux étant rigidement solidarisés l'un à l'autre, la seconde cavité étant située entre la première cavité et le sommet de l'aube le long de la direction 3037829 3 d'envergure, et dans lequel la portion du second élément de noyau qui délimite la seconde cavité comprend un trou traversant ayant une orientation générale correspondant à celle de la direction d'envergure, et qui débouche au droit d'une face d'extrémité du premier élément de noyau pour former dans l'aube moulée un pontet 5 traversant la seconde cavité afin de permettre la constitution d'un conduit de dépoussiérage de la première cavité, ce conduit de dépoussiérage traversant la seconde cavité de part en part en débouchant dans le sommet de l'aube. Avec cette solution, le trou de dépoussiérage de la première cavité peut traverser la partie centrale de la seconde cavité, de sorte qu'il n'est pas nécessaire de 10 modifier la forme de cette seconde cavité. L'invention concerne également un noyau ainsi défini, pour une aube comprenant une pale s'étendant selon une direction d'envergure de l'aube et se terminant par un sommet, ce noyau comprenant un premier élément de noyau pour délimiter une première cavité interne de l'aube et un second élément de noyau dont au 15 moins une portion délimite une seconde cavité interne de l'aube, ces éléments de noyaux étant rigidement solidarisés l'un à l'autre, la seconde cavité étant située entre la première cavité et le sommet de l'aube le long de la direction d'envergure, et dans lequel la portion du second élément de noyau qui délimite la seconde cavité comprend un trou traversant ayant une orientation générale correspondant à celle de la direction d'envergure, et qui 20 débouche au droit d'une face d'extrémité du premier élément de noyau pour former dans l'aube moulée un pontet traversant la seconde cavité afin de permettre la constitution d'un conduit de dépoussiérage de la première cavité, ce conduit de dépoussiérage traversant la seconde cavité de part en part en débouchant dans le sommet de l'aube. L'invention concerne également un noyau ainsi défini, dans lequel le 25 trou traversant est situé dans une région centrale de la portion du second élément de noyau qui délimite la seconde cavité, pour être espacé de chaque face latérale de cet élément de noyau afin de constituer dans l'aube terminée un obstacle divisant en deux flux latéraux l'air circulant dans la seconde cavité. L'invention concerne également un noyau ainsi défini, comportant en outre une tige d'alumine de diamètre inférieur au diamètre du trou traversant, cette tige 3037829 4 d'alumine étant portée par la face d'extrémité du premier élément de noyau et s'étendant à l'intérieur du trou traversant la portion du second noyau qui délimite la seconde cavité. L'invention concerne également un noyau ainsi défini, dans lequel le 5 premier élément de noyau est agencé pour délimiter un canal de refroidissement d'un bord de fuite de l'aube, et dans lequel le second élément de noyau est agencé pour délimiter une cavité sous baignoire de l'aube. L'invention concerne également une aube de turbomachine obtenue avec le noyau ainsi défini.

10 L'invention concerne également une turbomachine comprenant une aube selon ainsi définie. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 déjà décrite est une vue d'ensemble d'un turboréacteur à double flux représenté en coupe longitudinale ; 15 La figure 2 déjà décrite est une vue d'ensemble d'une aube de turboréacteur ; La figure 3 est une représentation schématique d'une partie d'un noyau destiné au moulage d'une aube comportant un canal de refroidissement de son bord de fuite et une cavité sous baignoire située entre l'extrémité de ce canal et le sommet de 20 l'aube ; La figure 4 est une vue en perspective d'une partie d'un noyau destiné au moulage d'une aube comportant un canal de refroidissement de son bord de fuite et une cavité sous baignoire située entre l'extrémité de ce canal et le sommet de l'aube avec un trou de dépoussiérage du canal qui longe un bord de la cavité sous baignoire ; 25 La figure 5 est une vue de dessus d'une partie d'un noyau destiné au moulage d'une aube comportant un canal de refroidissement de son bord de fuite et une cavité sous baignoire située entre l'extrémité de ce canal et le sommet de l'aube avec un trou de dépoussiérage du canal qui longe un bord de la cavité sous baignoire ; La figure 6 est une vue en perspective d'une partie de noyau selon 30 l'invention destiné au moulage d'une aube comportant un canal de refroidissement de 3037829 5 son bord de fuite et une cavité sous baignoire située entre l'extrémité de ce canal et le sommet de l'aube avec un trou de dépoussiérage du canal qui traverse la cavité sous baignoire ; La figure 7 est une vue de dessus d'une partie de noyau selon l'invention 5 destiné au moulage d'une aube comportant un canal de refroidissement de son bord de fuite et une cavité sous baignoire située entre l'extrémité de ce canal et le sommet de l'aube avec un trou de dépoussiérage du canal qui traverse la cavité sous baignoire ; La figure 8 est une représentation schématique en coupe d'une portion d'aube selon l'invention comportant un canal de refroidissement de son bord de fuite et 10 une cavité sous baignoire située entre l'extrémité de ce canal et le sommet de l'aube. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS La base de l'invention est de prévoir une cavité sous baignoire alimentée en air par un canal dédié, située entre le fond de la baignoire et l'extrémité d'un canal de refroidissement du bord de fuite, en prévoyant un trou de dépoussiérage traversant la 15 cavité sous baignoire et débouchant dans le fond de la baignoire pour dépoussiérer le canal de refroidissement du bord de fuite. Cette cavité sous baignoire permet de refroidir efficacement le sommet de l'aube que constitue le fond de la baignoire, tout en permettant le dépoussiérage du canal aval de refroidissement du bord de fuite. Dans la suite, les termes amont et aval sont utilisés par rapport au sens 20 d'écoulement du fluide dans le turboréacteur en fonctionnement, et en particulier autour d'une aube. Comme visible sur les figures 3 et 4, un noyau 16 pour fabriquer une aube comprenant une cavité sous baignoire et un canal de refroidissement de son bord de fuite comporte un élément de noyau aval 17 délimitant le canal de refroidissement, et 25 un élément de noyau amont 18 délimitant la cavité sous baignoire. L'élément aval 17 a une forme généralement allongée qui s'étend selon une direction d'envergure EV de la pale de cette aube, depuis sa base jusqu'à une région proche de son sommet. L'élément amont 18 comporte une portion supérieure 19 s'étendant 30 entre l'extrémité du noyau aval 17 et l'emplacement de la baignoire 21 correspondant au 3037829 6 sommet de l'aube, pour délimiter la cavité sous baignoire, et une portion d'alimentation 22 perpendiculaire à la portion supérieure 19 s'étendant selon la direction d'envergure EV. Comme visible sur les figures 3 et 4, la portion d'alimentation 22 est 5 située en amont de l'élément aval 17 par rapport au sens d'écoulement du fluide autour de l'aube en fonctionnement. La cavité sous baignoire est ainsi alimentée en air de refroidissement par un canal dédié, délimité par la portion 22 : elle reçoit ainsi un air frais permettant en particulier de refroidir efficacement le fond de la baignoire, c'est-à-dire le sommet de l'aube.

10 Comme illustré sur les figures 3 et 4, une possibilité pour former un trou représenté par le contour en trait discontinu 23 et dont la fonction est de dépoussiérer le canal délimité par le noyau aval 17 peut consister à réduire l'épaisseur de la cavité sous baignoire que délimite la portion supérieure 19 du noyau amont 18. Ceci permet de réaliser un trou sensiblement parallèle à la direction d'envergure EV qui longe une face 24 15 de cette cavité sous baignoire pour déboucher dans le fond de la baignoire. L'agencement des figures 4 et 5 implique néanmoins de prévoir un surplus de matière le long de la face 24 de la cavité sous baignoire qui est la face située côté intrados de l'aube, ce qui augmente significativement la masse dans la région du sommet de l'aube. Cette augmentation de masse accroît de manière importante la 20 traction centrifuge subie par l'aube en service. Par ailleurs, cette masse de matière située du côté intrados de l'aube pénalise le refroidissement de l'aube dans cette zone. Et enfin, cette masse de matière correspond à une réduction des dimensions de la baignoire, ce qui pénalise encore le refroidissement en sommet de pale.

25 Selon l'invention, on prévoit au contraire un trou qui traverse la portion supérieure du noyau amont dans sa partie centrale, de manière à former une fois l'aube terminée un plot central traversant selon la direction d'envergure la cavité sous baignoire. Ce plot central est lui-même traversé par le trou de dépoussiérage proprement dit s'étendant selon la direction d'envergure pour mettre directement en communication 30 le canal aval avec le fond de la baignoire.

3037829 7 Ce trou peut être obtenu soit par perçage une fois que l'aube a été coulée, soit être délimité par une tige d'alumine solidarisée au noyau, de sorte qu'il est alors directement présent lorsque l'aube a été moulée. Le noyau de moulage 26 des figures 6 et 7 présente une disposition 5 générale tout à fait analogue à celle du noyau 16 des figures 3 à 5. Il comporte ainsi un élément de noyau aval 27 destiné à former un canal de refroidissement du bord de fuite, et un élément de noyau amont 28 délimitant lui aussi la cavité sous baignoire. Cet élément amont 28 comporte lui aussi une portion supérieure 29 délimitant la cavité sous baignoire proprement dite, l'emplacement de la baignoire étant 10 repéré par 31 sur la figure 6, et une portion amont 32 pour former un canal d'alimentation en air de la cavité sous baignoire. La portion 32 de l'élément de noyau amont 28 ainsi que l'élément de noyau aval 27 ont chacun une forme allongée orientée selon la direction d'envergure. La portion 29 de l'élément de noyau amont est traversée par un trou 33 15 dont l'orientation est proche de celle de la direction d'envergure EV pour mettre en communication les faces supérieure et inférieure de cette portion 29. La face supérieure et la face inférieure, respectivement par 34 et 36 sont les faces de cette portion 29 qui sont opposées le long de la direction d'envergure EV. L'une de ces faces, à savoir la face 34 correspond, une fois l'aube moulée, à la face inférieure du fond de la baignoire B 20 située à l'emplacement 31, alors que l'autre face, à savoir la face 36 correspond à celle qui est en vis-à-vis de la face 37 délimitant l'extrémité libre de l'élément de noyau aval 27. Comme visible en particulier sur la figure 6, la portion 29 de l'élément de noyau amont 28 et l'extrémité libre de l'élément de noyau 27 sont espacées l'un de 25 l'autre le long de l'axe d'envergure, de sorte qu'il existe un espace libre séparant les faces 36 et 37. Le trou 33 permet de constituer un plot à l'intérieur de la cavité sous baignoire, ce trou 33 étant comblé par de la matière lors de l'opération de moulage. Une fois que l'aube a été moulée, un perçage est réalisé dans le fond de la baignoire, pour 3037829 8 traverser le plot sur toute sa hauteur ainsi que l'espace séparant la cavité sous baignoire de l'extrémité libre du canal de refroidissement du bord de fuite. Ce perçage met en communication directe le canal avec le fond de la baignoire pour constituer un conduit de dépoussiérage du canal de refroidissement du 5 bord de fuite de l'aube, malgré la présence d'une cavité sous baignoire. D'une manière générale, le premier élément de noyau 27 délimite la première cavité interne 42 de l'aube moulée 41, représentée sur la figure 8, et le second élément de noyau 28 a une portion 29 qui délimite l'autre cavité 43, ces éléments de noyaux 27 et 28 étant rigidement solidarisés l'un à l'autre.

10 La seconde cavité 43 est située entre la première cavité 42 et le sommet de l'aube le long de la direction d'envergure EV. La portion 29 du second élément de noyau 28, comprend un trou 33 traversant ayant une orientation générale correspondant à celle de la direction d'envergure EV. Ce trou 33 débouche au droit d'une face d'extrémité 37 du premier élément de noyau 27 pour former dans l'aube moulée un plot 15 ou pontet 44 traversant la seconde cavité 43. Ce plot ou pontet 44 permet, une fois l'aube moulée, la constitution du conduit de dépoussiérage 46 de la première cavité 42, ce conduit 46 traversant la seconde cavité 43 de part en part en débouchant dans le sommet de l'aube et pouvant être obtenu par perçage.

20 Alternativement, une tige d'alumine 38 peut être prévue avec le noyau 26 en étant implantée dans la face supérieure 37 de l'élément de noyau aval 27, pour traverser le trou 33, cette tige ayant un diamètre inférieur à celui du trou 33, comme visible sur les figures 6 et 7. Dans ces conditions, le canal ou trou de dépoussiérage est formé 25 directement lors de l'opération de moulage, de sorte qu'une opération de perçage n'est pas nécessaire pour former le canal proprement dit. D'une manière générale, le trou de dépoussiérage a une orientation correspondant sensiblement à celle de la direction d'envergure EV pour permettre l'évacuation des poussières par soufflage et effet centrifuge. La direction de ce trou 3037829 9 pouvant être sensiblement inclinée par rapport à la direction d'envergure, pour pouvoir aussi répondre à différents impératifs géométriques propres à la forme de l'aube. L'invention permet ainsi de minimiser la masse de l'aube en extrémité de pale, ce qui limite directement la traction centrifuge que subit l'aube en service. La 5 mise en oeuvre d'une tige d'alumine pour délimiter le conduit de dépoussiérage proprement dit permet en outre d'améliorer le soutien de la portion de noyau délimitant la baignoire située en sommet de l'aube. La géométrie créée par le conduit de dépoussiérage traversant de part en part la cavité sous baignoire permet une optimisation symétrique du flux d'air de 10 refroidissement qui est apporté dans la région amont de cette cavité sous baignoire pour être évacué en extrémité aval de cette cavité. Le conduit de dépoussiérage qui traverse la cavité sous baignoire constitue dans cette cavité un obstacle central. Celui-ci divise le flux d'air circulant dans cette cavité en deux moitiés longeant respectivement les deux faces latérales de cette 15 cavité ce qui accroît l'efficacité du refroidissement de ces faces latérales.

Claims

REVENDICATIONS1. Noyau pour le moulage d'une aube de turbomachine, cette aube comprenant une pale s'étendant selon une direction d'envergure (EV) de l'aube et se terminant par un sommet (S), ce noyau (26) comprenant un premier élément de noyau (27) pour délimiter une première cavité interne (42) de l'aube et un second élément de noyau (28) dont au moins une portion (29) délimite une seconde cavité interne (43) de l'aube, ces éléments de noyaux (27, 28) étant rigidement solidarisés l'un à l'autre, la seconde cavité (43) étant située entre la première cavité (42) et le sommet (S) de l'aube le long de la direction d'envergure (EV), et dans lequel la portion (29) du second élément de noyau (28) qui délimite la seconde cavité (43) comprend un trou traversant (33) ayant une orientation générale correspondant à celle de la direction d'envergure (EV), et qui débouche au droit d'une face d'extrémité (37) du premier élément de noyau (27) pour former dans l'aube moulée un pontet (44) traversant la seconde cavité (43) afin de permettre la constitution d'un conduit de dépoussiérage (46) de la première cavité (42), ce conduit de dépoussiérage (46) traversant la seconde cavité (43) de part en part en débouchant dans le sommet (S) de l'aube.
2. Noyau selon la revendication 1, dans lequel le trou traversant (33) est situé dans une région centrale de la portion (29) du second élément de noyau (28) qui délimite la seconde cavité (43), pour être espacé de chaque face latérale de cet élément de noyau (29) afin de constituer dans l'aube terminée un obstacle divisant en deux flux latéraux l'air circulant dans la seconde cavité (43).
3. Noyau selon la revendication 1 ou 2, comportant en outre une tige d'alumine (38) de diamètre inférieur au diamètre du trou traversant (33), cette tige d'alumine (38) étant portée par la face d'extrémité (37) du premier élément de noyau (27) et s'étendant à l'intérieur du trou (33) traversant la portion (29) du second noyau (28) qui délimite la seconde cavité (43). 3037829 11
4. Noyau selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le premier élément de noyau (27) est agencé pour délimiter un canal (42) de refroidissement d'un bord de fuite de l'aube, et dans lequel le second élément de noyau 5 (29) est agencé pour délimiter une cavité sous baignoire de l'aube.
5. Aube de turbomachine obtenue avec le noyau selon l'une des revendications 1 à 4. 10
6. Turbomachine comprenant une aube selon la revendication 5.