BE1032627A1 - Procédé de maintien d'un conducteur électrique de dégivrage ou d'anti-givrage sur une aube de turbomachine - Google Patents

Procédé de maintien d'un conducteur électrique de dégivrage ou d'anti-givrage sur une aube de turbomachine

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BE1032627A1
BE1032627A1 BE20245292A BE202405292A BE1032627A1 BE 1032627 A1 BE1032627 A1 BE 1032627A1 BE 20245292 A BE20245292 A BE 20245292A BE 202405292 A BE202405292 A BE 202405292A BE 1032627 A1 BE1032627 A1 BE 1032627A1
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Pierre Lafontaine
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Abstract

L'invention propose un procédé de fabrication d'une aube (9) de turbomachine, le procédé comprenant : la fabrication d'un corps par forgeage, fonderie, usinage et/ou fabrication additive ; et la mise en place d'un conducteur électrique (32 ; 132) sur le corps ; et le recouvrement du conducteur électrique par projection dynamique par gaz froid d'une poudre métallique à travers au moins un orifice (50) d'une plaque (48) disposée sensiblement parallèlement et en regard du conducteur électrique. L'invention concerne également un dispositif de maintien d'un substrat, telle qu'une aube de turbomachine, pour une projection dynamique par gaz froid d'une poudre métallique sur ledit substrat. L'invention propose aussi une aube de turbomachine remarquable en ce qu'elle est fabriquée selon le procédé de l'invention.

Description

Description
PROCÉDÉ DE MAINTIEN D’UN CONDUCTEUR ÉLECTRIQUE DE
DÉGIVRAGE OU D’ANTI-GIVRAGE SUR UNE AUBE DE TURBOMACHINE
Domaine technique
L'invention concerne les systèmes de dégivrages des aubes de turbomachine.
Art antérieur
L’invention porte plus particulièrement sur les aspects liés à l'efficacité et à la sécurité des compresseurs de turbomachine d’aéronefs. En effet, au sein de la veine primaire et à l'entrée du compresseur basse pression (aussi couramment appelé «booster ») se trouvent un ensemble d'aubes statoriques de redressement (aussi appelées IGV pour « Inlet Guide Vane »).
Dans certaines phases de vol et au sol, des conditions atmosphériques peuvent être rencontrées qui sont propices à la formation de givre ou de glace sur les aubes de redressement. Lorsque ce phénomène se produit, il peut conduire à l’obstruction partielle ou totale de la veine primaire, et à l’ingestion de blocs de glace détachés dans la veine primaire. En effet, une obstruction de la veine primaire entraîne une sous-alimentation de la chambre de combustion qui peut alors s'éteindre ou empêcher l'accélération de la turbomachine.
Le document de brevet publié EP 3 228 834 A1 divulgue une turbomachine aéronautique comprenant une aube de compresseur équipée d'un dispositif dégivrant électrique avec une thermistance. La solution proposée par ce document présente une marge d'amélioration en termes de procédé de fabrication et d'efficacité de la conduction de chaleur pour obtenir un dégivrage encore plus efficace.
Résumé de l'invention
Problème technique
L’invention a pour objectif de proposer un procédé de fabrication simple et économique permettant d'obtenir une aube dont le dégivrage et l'anti-givrage sont efficaces.
Solution technique
L'invention est le résultat des recherches technologiques visant à améliorer de manière très significative les performances des avions et, en ce sens, contribue à la réduction de l'impact environnemental des avions. Pour cela, la présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'une aube de turbomachine, le procédé comprenant : - la fabrication d’un corps par forgeage, fonderie, usinage et/ou fabrication additive ; et - la mise en place d’un conducteur électrique sur le corps ; et -le recouvrement du conducteur électrique par projection dynamique par gaz froid d’une poudre métallique à travers au moins un orifice d’une plaque disposée sensiblement parallèlement et en regard du conducteur électrique.
La projection dynamique par gaz froid d’une poudre métallique présente de nombreux avantages : elle permet de garantir une bonne conductivité thermique dans l'aube ; d'assurer un état de surface compatible avec les contraintes de fabrication d’une aube ; et de garantir une bonne durabilité en fatigue et/ou contre la corrosion.
Préférentiellement, le matériau métallique est constitué d'aluminium chargé en carbure de silicium et/ou en alumine et/ou contient d’autres charges par exemple des charges minérales. Ces matériaux sont à la fois adaptés au procédé de fabrication par projection, sont bons conducteurs thermiques et sont légers.
Préférentiellement, le matériau métallique est principalement constitué d'aluminium issu de la série 1xxx (avec au moins 99% d'aluminium) ou de la série 2xxx (ayant le cuivre comme élément d'alliage principal) ou de la série 6xxx (avec du magnésium et du silicium comme principaux éléments d’alliage) ou de la série 7xxx (avec du zinc et du magnésium comme principaux éléments d’alliage).
Selon un mode avantageux de l'invention, le recouvrement du conducteur électrique est total par une deuxième projection dynamique par gaz froid à travers un seul orifice d’une deuxième plaque, ledit procédé comprenant, en outre, le maintien du conducteur électrique sur le corps au moyen d'une première projection dynamique par gaz froid d’une poudre métallique à travers une succession d'orifices d'une première plaque, préalablement au recouvrement total du conducteur électrique par la deuxième projection.
Avantageusement, chacun des première et deuxième plaques forme un pochoir pour la poudre métallique projetée vers l'aube.
Selon un mode avantageux de l'invention, la première projection dynamique est à travers une succession d'orifices de la première plaque, de manière à former des pontets d'ancrage en poudre métallique projetée fixant le conducteur électrique sur le corps de l'aube.
Avantageusement, la fabrication du corps comprend la formation d'un chemin dans le corps, l'étape de mise en place étant telle que le conducteur électrique est mis en place dans le chemin. De préférence, le chemin comprend un profil en
U ou en V ou en entonnoir en forme de Y. Un tel profil est simple à réaliser et permet de contribuer au maintien en position du conducteur avant et pendant qu'il est recouvert de matière. Le chemin correspond préférentiellement à une rainure.
Selon un mode avantageux de l'invention, les pontets d'ancrage fixent le conducteur électrique contre un fond d’un chemin dudit conducteur électrique formé dans le corps.
Selon un mode avantageux de l'invention, le maintien du conducteur électrique sur le corps comprend un plaquage dudit conducteur par des picots s'étendant depuis la première plaque, préalablement et pendant la première projection dynamique formant les pontets d'ancrage.
Selon un mode avantageux de l'invention, chacun de la succession d'orifices de la première plaque et de l'orifice de la deuxième plaque, s'étend suivant une trajectoire définie par le chemin sur l'aube.
Avantageusement, l’au moins un orifice correspondant à un seul orifice ou à la succession d'orifices, décrit sur la plaque correspondante une trajectoire identique à celle décrite par la forme du conducteur électrique sur l’aube.
Selon un mode avantageux de l'invention, le recouvrement est tel que le matériau métallique résultant de la projection dynamique par gaz froid d’une poudre métallique remplit le chemin pour affleurer une surface extérieure de l'aube.
Selon un mode avantageux de l'invention, l'aube est maintenue par une plateforme de fixation correspondante, et la plaque étant disposée sur une face de réception de la plateforme.
Selon un mode avantageux de l'invention, le procédé comprenant un changement de la première plaque par la deuxième plaque sur la plateforme, entre la première projection et la deuxième projection.
Selon un mode avantageux de l'invention, le maintien du conducteur électrique sur le corps est assuré par au moins un des moyens suivants : collage ; brasage ; surgainage ; mise en place de pontets ; matage du corps ; matage du conducteur électrique ; mise sous vide ; aimantation du conducteur électrique ; utilisation d’une roue combinée à l'outil de projection par gaz froid ; microsoudure.
Préférentiellement, le maintien du conducteur électrique sur le corps est un maintien en position dudit conducteur électrique dans la rainure correspondante.
Le maintien du conducteur électrique sur le corps peut être réalisé en combinaison avec la première projection dynamique par gaz froid de la poudre métallique à travers la succession d'’orifices de la première plaque, ou ledit maintien du conducteur électrique sur le corps peut alternativement être en remplacement de la première projection dynamique.
Selon un mode avantageux de l'invention, le maintien du conducteur électrique sur le corps et le recouvrement dudit conducteur électrique sont assurés au moyen d'un dispositif selon l'invention.
L'invention a également trait à un dispositif de maintien d’un substrat pour une projection dynamique par gaz froid d’une poudre métallique sur ledit substrat, remarquable en ce que ledit dispositif comprenant une plateforme de fixation du … substrat, telle qu'une aube de turbomachine, et au moins une plaque destinée à être montée sur ladite plateforme pour s'étendre sensiblement parallèlement à une surface extérieure dudit substrat, l'au moins une plaque comprenant au moins un orifice configuré pour être disposé en regard d’un chemin débouchant sur ladite surface extérieure et comportant un conducteur électrique, ledit au moins un orifice étant configuré pour permettre le passage d’une poudre métallique projetée par projection dynamique par gaz froid vers ledit chemin, de manière à recouvrir au moins partiellement le conducteur électrique, ledit dispositif étant adapté à un procédé selon la présente invention.
Préférentiellement, le substrat comprend l'aube de turbomachine fabriquée par le procédé de fabrication selon l'un des modes avantageux de l'invention. 5 Selon un mode avantageux de l'invention, l’au moins un orifice s'étend suivant une trajectoire définie par le chemin sur le substrat.
De préférence, l’au moins un orifice s'étend sur lau moins une plaque suivant une forme en serpentin comprenant au moins une portion en U. Alternativement, le chemin ainsi que l’orifice correspondant peuvent s'étendre de manière rectiligne.
Selon un mode avantageux de l'invention, l’au moins une plaque comprend une première plaque et une deuxième plaque configurées pour une utilisation séquentielle avec ladite plateforme.
Selon un mode avantageux de l'invention, la première plaque forme une succession d’orifices qui suivent la trajectoire du chemin, de manière à ce que la poudre métallique projetée à travers ladite succession d'orifices forme une succession de pontets d'ancrage aptes à maintenir le conducteur électrique contre un fond du chemin.
Préférentiellement, le recouvrement partiel du conducteur électrique est assuré parles pontets d'ancrage.
Selon un mode avantageux de l'invention, la première plaque comprend des picots venant de matière avec ladite première plaque, lesdits picots étant configurés pour s'étendre dans le chemin de manière à plaquer le conducteur électrique contre le fond dudit chemin.
Selon un mode avantageux de l'invention, chaque picot est formé entre deux orifices adjacents de la succession d'orifices.
Préférentiellement, les picots comprennent des protubérances faisant saillie depuis une face inférieure de la première plaque opposée à une face supérieure en vis-à-vis de la poudre métallique projetée lors de la projection dynamique par gaz froid.
Selon un mode avantageux de l'invention, chaque orifice de la succession d'orifices étant distant d’un orifice adjacent d’une distance correspondant à au plus deux fois la moyenne d’une étendue de chacun desdits orifices.
Selon un mode avantageux de l'invention, la succession d'orifices s'étend à intervalles réguliers suivant toute une étendue du chemin sur le substrat.
Selon un mode avantageux de l'invention, la deuxième plaque comporte un seul orifice qui suit une trajectoire définie par le chemin sur le substrat, ledit orifice s'étendant de façon continue sur ladite deuxième plaque suivant une étendue totale dudit chemin sur le substrat.
Selon un mode avantageux de l'invention, l’au moins une plaque étant configurée pour être montée sur la plateforme au moyen de pions de guidage filetés faisant saillie depuis une face de réception de ladite plateforme, et des écrous papillon destinés à venir serrer lau moins une plaque par un engagement desdits écrous avec les pions de guidage filetés.
Selon un mode avantageux de l'invention, la première plaque est scindée en deux parties configurées pour venir se rejoindre sur la face de réception et constituer ladite première plaque.
Selon un mode avantageux de l'invention, le substrat correspond à une aube de turbomachine, et la surface extérieure étant lintrados ou l’extrados de ladite aube. Ladite surface extérieure inclut préférentiellement le bord d'attaque et/ou le bord de fuite. Dans une alternative, le conducteur électrique est placé au moins en partie au droit du bord d'attaque de l'aube.
L’invention concerne également une aube de turbomachine comprenant un conducteur électrique, remarquable en ce que ladite aube est obtenue par le procédé de fabrication d’une aube de turbomachine selon la présente invention.
Selon un mode avantageux de l'invention, le conducteur électrique comprend au moins une ligne électrique enrobée d’une gaine isolante. L'au moins une ligne peut correspondre à une seule ligne électrique traversant l'aube, ou peut correspondre à deux lignes pouvant se rejoindre à une extrémité du conducteur, afin de fermer le circuit électrique.
Préférentiellement, à l'exception du conducteur électrique et du matériau métallique, l'aube est constituée d'un alliage d'aluminium simple ou principalement constituée d'un matériau composite à matrice métallique « MMC » à base d'aluminium.
L'invention a également trait à un compresseur de turbomachine comprenant une aube, le compresseur étant remarquable en ce que l'aube est selon l'invention, ou est fabriquée au moins partiellement par le procédé selon l'invention.
L'invention concerne aussi un procédé de maintien d’un conducteur électrique sur une aube de turbomachine, comprenant une étape de mise en place du conducteur électrique sur un corps de l'aube, remarquable en ce que ledit procédé comprenant, en outre, une étape de recouvrement dudit conducteur électrique par projection dynamique par gaz froid d'une poudre métallique à travers au moins un orifice d’au moins une plaque du dispositif selon l'invention.
Avantageusement, le recouvrement du conducteur électrique par projection dynamique par gaz froid d'une poudre métallique comprend une première projection à travers l’au moins un orifice pour former des pontets d'ancrage sur le conducteur électrique, et comprend successivement une deuxième projection à travers ledit au moins un orifice pour couvrir intégralement ledit conducteur électrique. ll est entendu que chaque détail d’un mode de réalisation ci-dessus peut être combiné à chaque autre détail des autres modes de réalisation.
Avantages apportés
Le procédé de fabrication selon la présente invention permet avantageusement de maintenir le conducteur électrique contre le fond du chemin sur le corps, au moyen de lau moins une plaque du dispositif de maintien, et cela, préalablement et pendant la projection par cold spray.
En effet, le plaquage réalisé par les picots de la première plaque ainsi que par les pontets d’ancrages formés par la première projection cold spray, permet d'assurer un maintien efficace du conducteur contre le corps de l'aube, ce qui permet lors du recouvrement total du conducteur électrique pendant la deuxième projection cold spray, d'éviter toute lame d'air entre le conducteur et le corps de l'aube. Ainsi, l'aube de turbomachine selon la présente invention est robuste et comprend une meilleure conductivité thermique vers l'intrados, le rendement et l'efficacité de dégivrage de l'aube sont alors considérablement améliorés.
Le revêtement métallique appliqué sur le conducteur électrique par projection dynamique par gaz froid garantit une meilleure conduction thermique entre le conducteur et le corps de l'aube, grâce à l'absence de porosités et à un choix judicieux des matériaux. Cette combinaison de matériaux assure également une compatibilité mécanique et métallurgique, ainsi qu'une durabilité accrue du conducteur, le protégeant contre la fatigue et les impacts. De plus, elle permet l'utilisation d’une protection continue en surface, favorisant ainsi la prévention contre les risques de corrosion et d'érosion, tout en permettant un dégivrage efficace de l'aube, même dans des conditions extrêmes (à -40°C et une vitesse d'écoulement du flux d'air d'environ 800 km/h). En outre, l'aube est également capable d'efficacement assurer la prévention de formation de glace sur ses faces extérieures.
La présente invention améliore les performances des compresseurs des avions et la rentabilité des turbomachines, réduisant ainsi la consommation de carburant et les émissions de gaz à effet de serre. Le procédé de projection par gaz froid permet un dépôt de matière sans endommager ni le conducteur ni l'aube, assurant une bonne adhérence mécanique et physico-chimique entre les matériaux impliqués.
Brève description des dessins
La figure 1 illustre une vue en coupe d'un compresseur d'une turbomachine comprenant une aube selon l'invention ;
La figure 2 représente un procédé de fabrication de l'aube de la figure 1 selon l'invention :
La figure 3 illustre une vue en coupe de l’aube de la figure 1 suivant l'axe A-A, ladite aube comprenant un conducteur électrique intégralement recouvert par projection dynamique par gaz froid d’une poudre métallique ;
La figure 4A représente une vue partielle en perspective d'un câble correspondant au conducteur électrique de l’aube de la figure 3, suivant un premier mode de réalisation ;
La figure AB représente une vue partielle en perspective d'un câble correspondant au conducteur électrique de l'aube de la figure 3, suivant un deuxième mode de réalisation ;
La figure 5 illustre une vue en coupe agrandie du câble de la figure 4A disposé dans un chemin correspondant de l’aube de la figure 3 ;
La figure 6 représente une vue éclatée et en perspective d’un dispositif selon l'invention adapté au procédé de fabrication de l'aube selon l'invention, montrant l'aube préalablement au recouvrement du câble ;
La figure 7 représente le dispositif de la figure 6 comprenant une première plaque présentant une succession d’orifices permettant le passage de la poudre métallique projetée vers le câble dans le chemin de l'aube ;
La figure 8 illustre une vue en coupe suivant un axe B-B traversant l'aube et la première plaque à une portion de ladite plaque comprenant des picots disposés entre deux orifices adjacents ;
La figure 9 illustre une vue en coupe agrandie du câble maintenu contre un fond du chemin de l'aube au moyen de pontets d'ancrage formés par une première projection dynamique à travers la succession d'orifices de la première plaque de la figure 7 ;
La figure 10 représente une vue éclatée et en perspective du dispositif selon l'invention, montrant l’aube après un recouvrement partiel du câble au moyen des pontets d’ancrage ;
La figure 11 illustre une vue en coupe agrandie du câble intégralement recouvert par le matériau métallique formé par une deuxième projection dynamique à travers un orifice d’une deuxième plaque du dispositif de la figure 10.
Description détaillée des modes de réalisation
Dans la description qui va suivre, les termes « interne » et « externe » renvoient à un positionnement par rapport à l'axe de rotation d’une turbomachine axiale.
La direction axiale correspond à la direction le long de l’axe de rotation de la turbomachine, les longueurs étant mesurées axialement. Les largeurs sont mesurées selon la circonférence. La direction radiale est perpendiculaire à l'axe de rotation. L’amont et l'aval sont en référence au sens d'écoulement principal du flux dans la turbomachine.
Les dimensions des figures ne sont pas à l’échelle et en particulier les épaisseurs ou les dimensions radiales sont exagérées pour faciliter la lecture des figures.
La figure 1 représente une vue en coupe d'un compresseur 2 d’une turbomachine axiale 4.
Laturbomachine 4 peut correspondre à un turboréacteur double-flux, un turbojet, turbofan, turbopropulseur, turbomoteur ou toute autre type de turbomachine à deux flux. Alternativement, la turbomachine 4 peut correspondre à une turbomachine multi-flux, tel qu’un turboréacteur triple-flux non-carénée (CROR « Counter-Rotating Open Rotor » ou USF « Unducted Single Fan »), ou toute autre turbomachine triple-flux.
De préférence, le compresseur 2 correspond à un compresseur basse-pression ou à un compresseur haute-pression (non représenté). La turbomachine 4 comprend, en outre, d’autres composants non représentés dans la figure 1, tels qu'un compresseur haute-pression, une chambre de combustion et un ou plusieurs niveaux de turbines. La ou les turbines entraînent un rotor 6 en rotation.
Le rotor supporte plusieurs rangées d'aubes de rotor 8 associées à des rangées d’aubes de stator 10. La rotation du rotor 6 autour de son axe de rotation X permet ainsi de comprimer un débit d’air progressivement jusqu’à l’entrée de la chambre de combustion.
Une soufflante 12 (partiellement illustrée), est couplée au rotor 6 et génère un flux d'air qui se divise en un flux radialement interne F1, communément appelé flux primaire F1, et en un flux radialement externe F', pouvant correspondre à un flux secondaire F' dans le cadre d’une turbomachine double-flux, ou à un flux tertiaire F’ d’une turbomachine 4 du type triple-flux. Les flux primaire F1 et externe
F' sont séparés par un bec de séparation 14.
Les aubes rotoriques 8 peuvent s'étendre radialement depuis un support rotorique 16 pouvant être de type tambour (tambour monobloc aubagé ou tout autre type de support d’un rotor).
Les aubes statoriques 10 s'étendent essentiellement radialement depuis un carter extérieur 18. Elles peuvent y être fixées et immobilisées à l'aide d’axes de fixation 20. Elles traversent radialement le flux primaire F1.
Le compresseur basse-pression 2 comprend à l'entrée de la veine 22 de flux primaire F1, une rangée d'aubes 9 statoriques de redressement pouvant être fixes ou à calage variable, communément désignée par aube VSV (pour « Variable Stator Vane »). Le calage variable des aubes 9 peut être assuré au moyen d'un système d’actionnement (non illustré) régulant l’angle formé par les aubes 9 autour d'un axe 24.
Chaque aube 9 comprend une pale 11 et deux bases 26 et disposées aux deux extrémités de la pale 11. Chaque base 26 est pourvue d’un tourillon 28 assurant une liaison pivot avec les carters 18, 30, les bases 26 étant logées dans des logements 31 de ces carters 18, 30. Une surface extérieure 18.1 et une surface de guidage inférieure 30.1 délimitent la veine 22.
Dans cette partie amont de la turbomachine, certains éléments sont sujet au givre. Ainsi, l'aube 9 de l'invention comprend un moyen de dégivrage et d’anti- givrage.
L'invention ne se limite pas aux aubes VSV 9 mais peut également être appliquée à d’autres aubes, VSV ou non, statoriques ou non.
La figure 2 représente un procédé 100 de fabrication de l'aube 9 de la figure 1.
Le procédé est « partiel » dans le sens où d'autres étapes peuvent survenir, avant ou après, celles qui sont ici décrites.
Le procédé 100 comprend une première étape 102 correspondant à la fabrication du corps de l'aube par au moins une des techniques de fabrication suivantes : forgeage, fonderie, moulage, usinage, tressage de fibres et/ou fabrication additive. Par exemple, l'aube forgée ou moulée peut être usinée afin d’obtenir les tolérances de fabrication adéquates. Ou l'aube peut être intégralement obtenue par fabrication additive avec ou sans reprise d'usinage.
L'aube de la présente invention peut être principalement constituée d'un matériau composite à matrice métallique. Préférentiellement, l’aube est constituée d’un alliage d'aluminium simple ou principalement constituée d'un matériau composite à matrice métallique « MMC » à base d'aluminium. Alternativement, l'aube peut être intégralement constituée de titane. Dans une autre alternative, l'aube peut être constituée à partir d’un matériau composite ayant une base en titane, par exemple, en alliage de titane du type TA6V.
L'étape 102 de fabrication du corps de l'aube peut comprendre la réalisation d’un chemin optionnel formant de préférence une rainure dans le corps de l'aube et s'étendant en particulier le long de la pale, ladite rainure débouchant sur l'extrados ou sur l'intrados de la pale.
Dans une alternative, le corps de l'aube peut être dépourvu de chemin pour le conducteur électrique dégivrant, ce dernier peut être directement disposé sur la surface extérieure du corps. Dans une autre alternative, le chemin peur partiellement former une rainure (chemin étroit) pour le conducteur, et combinaison avec une ou plusieurs portions plus larges que la section dudit conducteur.
Le procédé 100 comprend ensuite une étape 104 de mise en place d'un conducteur électrique sur le corps de l'aube fabriquée à l’étape 102, ladite mise en place pouvant correspondre à un simple dépôt manuel du conducteur électrique sur le corps, et préférentiellement dans la rainure correspondante. Le conducteur électrique correspond préférentiellement à un câble électrique chauffant apte à assurer le dégivrage de l'aube et d'empêcher la formation de glace.
L'étape 106 est une opération optionnelle consistant à maintenir le câble avant et/ou partiellement pendant sa couverture par du métal. L'étape 108 consiste à recouvrir le conducteur au moyen d'un métal projeté. Ces étapes seront expliquées en détail plus loin dans la présente description.
La figure 3 illustre une vue en coupe de l'aube de la figure 1 suivant axe A-A, dans laquelle le câble électrique 32 est intégralement recouvert par projection dynamique par gaz froid d’une poudre métallique.
La pale 11 de l'aube 9 comprend un bord d'attaque 11.1 et un bord de fuite 11.2, ainsi qu’un intrados 11.3 et un extrados 11.4 s'étendant depuis le bord d'attaque 11.1 jusqu'au bord de fuite 11.2.
Le câble électrique 32 constituant le conducteur électrique de dégivrage s'étend préférentiellement sur l'intrados 11.3 et suivant un chemin sinueux correspondant sensiblement à un motif en spirale et/ou en serpentin visible aux figures 6 et 10.
On peut voir que l'aube 9 comprend une rainure 40 recevant le câble 32. Cette dernière permet d'augmenter la conductivité thermique vers lintrados 11.3 et l'extrados 11.4 puisque le câble 32 est noyé dans l'aube 9. Préférentiellement, la profondeur de la rainure 40 est constante sur toute l’aube.
La rainure 40 est recouverte par un matériau de comblement 42 correspondant avantageusement à une poudre métallique formant un revêtement métallique 42 autour du câble 32 et affleure l’intrados 11.3. Ce revêtement métallique 42 est obtenu par projection dynamique par gaz froid d'une poudre métallique aux étapes 106 et 108 du procédé 100 de la figure 2.
La projection dynamique par gaz froid, aussi qualifiée par sa dénomination anglophone « cold spray », est un procédé d’élaboration de revêtement à partir de poudre en suspension dans un gaz projeté à haute vitesse (jusqu'à 800 m/s) et se déformant à l'impact. Le cold spray est réalisé au moyen d’un gaz inerte (azote et/ou hélium) ou d'air porté à une pression allant jusqu'à 60 bars et chauffé entre 500°C et 1100°C. La demande de brevet PCT/EP2023/079744 explique le principe de la formation du matériau métallique par le procédé cold spray sur un — substrat, pouvant correspondre à une aube de turbomachine.
La figure 4A représente une vue partielle en perspective du câble 32 suivant un premier mode de réalisation dans lequel ledit câble 32 comprend deux lignes électriques 34 correspondent à deux fils métalliques chauffants 34 qui sont recouverts d’une couche isolante 36, cette dernière étant préférentiellement constituée de poudre de magnésie permettant d'isoler électriquement les deux fils 34 afin de permettre uniquement une diffusion d’énergie thermique vers la pale de l'aube de l'invention.
Les fils 34 et la couche isolante 36 sont recouverts d'une gaine métallique 38 de protection, ladite gaine 38 pouvant être en inox ou en alliage d'aluminium ou en
Inconel® (superalliage contenant principalement du nickel). A cet effet, le câble 32 est avantageusement un câble résistif blindé. Le diamètre de la gaine 38 peut être de l’ordre de 0,5 mm à 2 mm.
Le câble 32 selon le premier mode de réalisation permet d'avoir un motif en « spirale » se terminant par une extrémité libre grâce aux deux lignes électriques 34 aptes à être reliées entre elles au droit de l'extrémité distale du câble 32.
Tandis que le câble 132 selon le deuxième mode de réalisation illustré à la figure 4B, comprend une seule ligne 34. Le câble 32 ne peut donc pas présenter une extrémité libre sur la pale, et nécessite un retour dudit câble 132, par exemple, vers la base en tête d'aube ou en pied d'aube.
La figure 5 illustre une vue en coupe agrandie de la figure 3, montrant en particulier le câble 32 dans sa rainure 40.
Préférentiellement, la rainure 40 comprend un fond 43 hémisphérique, ayant un diamètre égal ou légèrement supérieur au diamètre externe du câble 32. Le fond 43 peut alternativement être droit.
Le câble 32 peut optionnellement être surgainé pour le protéger encore davantage lors de l'étape de cold spray ou pour faciliter le maintien du câble par déformation de la gaine ou pour limiter le nombre de matériaux en contact.
La rainure 40 comprend des flancs 41 pouvant être droits (visibles pointillés sur la figure 5), de sorte que le profil de la rainure 40 est un U, tel qu'illustré à la figure 3. Alternativement, le profil de la rainure peut être en V (visibles pointillés) ou en
Y de type entonnoir, ce dernier étant le profil préférentiel de la rainure 40.
Une forme en Y permet une meilleure accroche des particules projetées par cold spray, tout en assurant un pré-maintien latéral au droit du fond 43. De préférence, les parois latérales de la rainure 41 en Y ont une inclinaison par rapport à la direction perpendiculaire à l'intrados 11.3 qui est comprise entre 5° et 85°.
La présente invention permet avantageusement de maintenir le câble 32 contre le fond 43 de la rainure 40, de manière à éviter toute zone creuse (d'air) entre l'aube 9 et le câble 32, après le recouvrement par cold spray de la rainure 40. En effet, des zones creuses dans la rainure correspondent à des zones de vides formant des cavités qui nuisent à la robustesse générale de l'aube de turbomachine, et qui impactent négativement la conductivité thermique vers — l'intrados 11.3, et donc l'efficacité de dégivrage ou d’anti-givrage.
De façon avantageuse, le procédé de l'invention comprenant l’utilisation d’un dispositif 44 (visible à la figure 6) de maintien d’un substrat pour une projection dynamique par gaz froid d’une poudre métallique, permet grâce à au moins un orifice d'une plaque configuré pour le passage de la poudre projetée vers la rainure, de recouvrir au moins partiellement le conducteur électrique par des pontets d'ancrage (formés par ladite poudre) préalablement à un recouvrement total de la rainure.
La figure 6, représente une vue éclatée et en perspective du dispositif 44 adapté au procédé 100 de fabrication de l’aube 9 selon l'invention. Ici, l’aube 9 est illustrée de façon schématique préalablement au recouvrement du câble 32.
Le dispositif 44 comprend une plateforme 46 de fixation du substrat qui correspond de préférence à l'aube 9, pourvue d'une cavité 46.1 présentant une face de retenue 46.2 recevant la pale 11 de l'aube 9, et une face de réception 46.3 recevant une première plaque 48 destinée à être montée sur la plateforme 46 pour s'étendre sensiblement parallèlement à lintrados 11.3 et peut contacter ce dernier, la plaque 48 comprend une succession d'orifices 50 configurés pour être disposés en regard de la rainure 40. Les fonctions de la première plaque 48 seront détaillées suivant la figure 7. Le terme « sensiblement parallèlement » correspond à une configuration où la première plaque 48 est parfaitement parallele à lintrados 11.3 ou à la corde de l'aube 9, ou dans laquelle la première plaque 48 est inclinée par rapport à l’intrados 11.3 d’au plus 20°.
Le dispositif 44 comprend préférentiellement des pions de guidage filetés 45 faisant saillie depuis la face de réception 46.3, ces derniers peuvent correspondre à des vis ou des boulons qui permettent le maintien serré de la plaque 48 contre ladite face 46.3 au moyen d’écrous papillon 49. Des moyens de serrage 47 peuvent assurer le maintien en position de l'aube 9 dans la cavité 46.1.
De préférence, la première plaque 48 est scindée en deux parties 48.1, 48.2 configurées pour venir se rejoindre sur la face de réception 46.3 et constituer ladite première plaque 48 tel qu'illustré à la figure 7.
En référence à la figure 7, chacun des orifices 50 est disposé en regard de la rainure 40 de manière à permettre le passage de la poudre métallique projetée directement vers le câble.
Avantageusement, les orifices 50 suivent une trajectoire de la rainure 40 afin que la poudre métallique projetée à travers lesdits orifices 50 forme une succession de pontets d'ancrage 42.1 (visibles à la figure 9) aptes à maintenir le câble électrique contre le fond de la rainure 40.
A cet égard, chaque orifice 50 est préférentiellement distant d'un orifice 50 adjacent d’une distance « d » correspondant à au plus deux fois la moyenne de l'étendue « e » de chacun desdits orifices 50. L'étendue e étant mesurée suivant une direction définie par la trajectoire de la rainure 40. La orifices 50 successifs peuvent comprendre une étendue e identique ou variable.
Préférentiellement, les orifices 50 sont disposés à intervalles réguliers suivant l'étendue de la rainure 40. La distance d peut correspondre à une largeur d’un picot s'étendant depuis une face inférieure de la première plaque 48 entre deux orifices 50 adjacents.
La figure 8 illustre une vue en coupe suivant un axe B-B traversant l’aube 9 et la première plaque 48 à une portion où elle comprend des picots 52 disposés entre deux orifices adjacents.
Préférentiellement, entre chaque deux orifices adjacents de la première plaque 48, un picot 52 s'étend depuis la face inférieure 48.5 opposée à une face supérieure 48.4 destinée à recevoir la poudre projetée. A cet effet, le matériau constituant la plaque 48 est résistant et faiblement compatible au cold spray, i.e. le rendement de déposition de poudres est faible ou nul, par exemple, l'utilisation d'un matériau de dureté supérieure ou égale à 45 HRC pour privilégier le rebondissement des particules de poudre sur la plaque. Préférentiellement, le matériau constituant la plaque 48 est un alliage métallique revêtu ou non.
La plaque 48 peut être texturée en surface ou non, par exemple, avec des dents scie ou des biseaux. La plaque 48 peut être sous forme de fermoir, adapté en négatif à la forme de l'aube 9.
De préférence, la face inférieure 48.5 est en contact direct avec l’extrados 11.3 de l'aube 9 et l'épouse, de manière à assurer un maintien rigide et homogène de
Taube par la plaque 48.
La succession de picots 52 suivant la trajectoire de la rainure 40 permet de plaquer efficacement le câble 32, 132 contre le fond 43 de ladite rainure 40, afin d'éviter la création de zones d'air en dessous du câble, préalablement à une première projection dynamique lors de l’étape de maintien 106 du procédé 100 de la figure 2.
Chaque picot 52 comprend une face latérale 52.1 ayant préférentiellement la même inclinaison que les flancs 41 de la rainure 40, ladite face 52.1 étant configuré pour venir en contact et prendre appui sur le flanc 41. Cette configuration a l'avantage d'augmenter l'effort d'appui vers le câble 32, 132 et ainsi assurer son bon contact avec le fond 43 de la rainure 40. Toutefois, cela peut créer une fente 51, ainsi une languette 48.3 optionnelle de protection de la fente 51 peut faire saillie depuis la première plaque pour éviter la projection de la poudre métallique directement sur l’intrados 11.3 à travers la fente 51.
En référence à la figure 9, la première plaque du dispositif a permis au moyen de la première projection (une première étape 106 de cold spray) à travers la succession d'orifices, de former une succession de pontets d'ancrage 42.1 s'étendant au droit de la rainure 40 au niveau de chaque orifice 50 visible à la figure 8.
Avantageusement, chaque pontet d'ancrage 42.1 forme localement au plus 50% du volume totale de la rainure à combler, de manière à permettre le recouvrement total de la rainure 40 au moyen d’une deuxième projection dynamique (une deuxième étape 108 de cold spray) qui donnera lieu à un remplissage total visible à la figure 11.
En référence au procédé 100 de la figure 2, l’étape 106 de maintien comprenant le maintien du câble 32 dans la rainure 40 est avantageusement assurée par les pontets d'ancrage 42.1 (après la première étape de cold spray), ladite étape de maintien 106 débute optionnellement avant le cold spray grâce aux picots de plaquage du câble contre le fond de la rainure 40.
Une alternative au matériau métallique projeté lors du premier cold spray pour former les pontets d'ancrage 42.1 peut être l'injection de résine.
De manière alternative ou en complément des pontets d'ancrage 42.1 et/ou du maintien par les picots à l'étape de maintien 106, différentes techniques peuvent être employées, par exemple : collage ; brasage ; surgainage ; matage de la rainure ; soudage ; mise sous vide ; aimantation du conducteur électrique ; utilisation d'une roue combinée à l'outil de projection par gaz froid, microsoudure, etc.
Par exemple, quelques points ou une continuité de colle ou de brasage (ex. au moyen d'une pâte à braser) peuvent être faits pour maintenir le câble dans la rainure, préalablement à l’étape de cold spray.
Dans une variante, un surgainage vient coincer la gaine du câble dans le fond de la rainure. Dans une autre variante les flancs de la rainure sont matés (déformés plastiquement), localement, pour réduire l'ouverture de la rainure et empêcher le câble d'en sortir.
Une autre technique possible consiste à mater un fil au-dessus du câble 32. Le fil peut être en aluminium ou en nickel (ou tout autre matériau malléable/ductile).
Le fil maté maintient le câble 32 au fond de la rainure. S'en suit le cold spray, le fil étant noyé dans la matière avec le câble 32.
Un autre exemple comprend l’utilisation d'un aimant, par exemple, au niveau de la plateforme 46 du dispositif 44 de la figure 8, avec une gaine de câble paramagnétique.
Dans d'autres variantes, un frettage peut être utilisé en refroidissant le câble et/ou en chauffant le composant afin de moduler la section du câble (ex: section sature) ou la forme de la rainure (ex: forme de goute ou de serrure) pour optimiser le maintien par frettage. Une mise sous vide de la rainure pourrait être réalisée à l'aide de perçages situés au fond de celle-ci, débouchant sur l'extrados de la pale.
Cette approche permettrait à un outillage d'attirer et de maintenir le câble au fond de la rainure grâce à l'aspiration.
D'autres alternatives pour maintenir le câble comprennent la réalisation d’un microsoudage laser ou de points de brasage tendre ; ou la réalisation de points de soudure via un condensateur à bille (microliaison soudée).
Enfin toute combinaison d'au moins deux de ces techniques peut être envisagée.
La figure 10 représente une vue éclatée et en perspective du dispositif 44 selon l'invention, montrant l’aube 9 après un recouvrement partiel du câble 32 ; 132 au moyen des pontets d'ancrage 42.1 (visibles uniquement à la figure 9).
On observe ici une deuxième plaque 54 destinée à remplacer la première plaque 48 de la figure 6, préférentiellement par un changement manuel, juste après la première étape de cold spray à l'étape de maintien 106, et avant la deuxième étape de cold spray à l'étape de recouvrement 108.
La deuxième plaque 54 comprend un seul orifice 154 qui s'étend également suivant la trajectoire définie par la rainure 40, et de façon continue sur ladite deuxième plaque 54 suivant une étendue totale de ladite rainure 40.
Préférentiellement, le matériau constituant deuxième plaque 54 est similaire à celui de la première plaque 48.
La deuxième plaque 54 est destinée à être fixée contre la face de réception 46.3 similairement à la première plaque 48 pour assurer la deuxième étape de cold spray, et ainsi recouvrir totalement la rainure 40, tel qu’illustré à la figure 11.
En référence à la figure 11, ici le deuxième cold spray est terminé et le câble 32 est complètement noyé dans la rainure grâce à une deuxième couche de poudre projetée 42.1 venant se superposer directement sur la gaine 38 du câble 32 et sur la succession de pontets d'ancrage 42.1, formant ainsi un revêtement métallique 42 comblant totalement la rainure de l'aube 9, il s'agit là du résultat de l'étape de recouvrement 108 du procédé 100 selon l'invention.
Avantageusement, petit à petit lors du deuxième cold spray, les pontets d'ancrage 42.1 deviennent superflus et comblés progressivement.
La deuxième couche projetée 42.2 peut être configurée pour affleurer la surface extérieure 11.3 ou légèrement déborder de ladite surface afin de maîtriser l’état de ladite surface 11.3. Une reprise d'usinage optionnelle (polissage par exemple) peut être nécessaire.
Le matériau du revêtement métallique 42 peut être apte à subir un traitement de surface de l’aube, par exemple, une anodisation pour la protéger contre la corrosion et l'érosion.
Le remplissage visé de la rainure 40 est complet, c'est-à-dire que l’aube est dépourvue de cavité. Le câble 32 et le revêtement métallique 42 peuvent être les deux seuls éléments dans la rainure.
Le cold spray permet de garantir une bonne adhérence du revêtement métallique 42 sur l’aube, ledit matériau 42 projeté étant compact et dense (avec un taux de porosité généralement inférieur à 1%), permet de maintenir et de protéger efficacement le conducteur électrique.
De façon avantageuse, grâce au procédé de l'invention utilisant deux étapes de cold spray, l'aube 9 ne présente aucun vide entre le fond 43 et le câble 32, et l'intégralité du volume de la rainure est comblé par le revêtement métallique 42.
Ce qui permet d'assurer un bon transfert thermique entre le conducteur dégivrant et la surface extérieure 11.3 de la pale 11. L’aube 9 selon l'invention est alors de meilleure qualité avec une santé matière garantie.
Il est à noter que l'invention a été présentée pour le dégivrage d’une aube mais l'homme du métier adapterait les mêmes enseignements pour dégivrer toute autre partie de la turbomachine (virole, carter, bras structuraux, bec de séparation du flux, etc.), en déposant un conducteur électrique puis en le recouvrant par projection par gaz froid, ledit recouvrement pouvant être partiel ou total en utilisant le dispositif de maintien selon l'invention, pour toute autre partie de la turbomachine.

Claims (26)

Revendications
1. Procédé (100) de fabrication d’une aube (9) de turbomachine (4), le procédé (100) comprenant : -la fabrication (102) d’un corps par forgeage, fonderie, usinage et/ou fabrication additive ; et - la mise en place (104) d'un conducteur électrique (32) sur le corps ; et -le recouvrement (108) du conducteur électrique (32) par projection dynamique par gaz froid d’une poudre métallique à travers au moins un orifice (50 ; 150) d'une plaque (48 ; 54) disposée sensiblement parallèlement et en regard du conducteur électrique (32 ; 132).
2. Procédé (100) selon la revendication 1, dans lequel le recouvrement du conducteur électrique (32 ; 132) est total par une deuxième projection dynamique par gaz froid à travers un seul orifice (150) d’une deuxième plaque (54), ledit procédé comprenant, en outre, le maintien (106) du conducteur électrique (32 ; 132) sur le corps au moyen d'une première projection dynamique par gaz froid d’une poudre métallique à travers une succession d'orifices (50) d’une première plaque (48), préalablement au recouvrement total du conducteur électrique (32 ; 132) par la deuxième projection.
3. Procédé (100) selon la revendication 2, dans lequel la première projection dynamique est à travers une succession d'orifices (50) de la première plaque (48), de manière à former des pontets d'ancrage (42.1) en poudre métallique projetée fixant le conducteur électrique (32 ; 132) sur le corps de l'aube (9).
4. Procédé (100) selon la revendication 3, dans lequel les pontets d'ancrage
(42.1) fixent le conducteur électrique (32 ; 132) contre un fond (43) d’un chemin (40) dudit conducteur électrique (32 ; 132) formé dans le corps.
5. Procédé (100) selon la revendication 4, dans lequel le maintien (106) du conducteur électrique (32 ; 132) sur le corps comprend un plaquage dudit conducteur (32 ; 132) par des picots (52) s'étendant depuis la première plaque (48), préalablement et pendant la première projection dynamique formant les pontets d'ancrage (42.1).
6. Procédé (100) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel chacun de la succession d'orifices (50) de la première plaque (48) et de l’orifice (150) de la deuxième plaque (150), s'étend suivant une trajectoire définie par le chemin (40) sur l’aube (9).
7. Procédé (100) selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le recouvrement (108) est tel que le matériau métallique (42) résultant de la projection dynamique par gaz froid d’une poudre métallique remplit le chemin (40) pour affleurer une surface extérieure (11.3, 11.4) de l’aube (9).
8. Procédé (100) selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel l’aube (9) est maintenue par une plateforme de fixation (46) correspondante, et la plaque (48 ; 54) étant disposée sur une face de réception (46.3) de la plateforme (46).
9. Procédé (100) selon les revendications 2 et 8, dans lequel ledit procédé (100) comprenant un changement de la première plaque (48) par la deuxième plaque (54) sur la plateforme (46), entre la première projection et la deuxième projection.
10. Procédé (100) selon l’une des revendications 1 à 9 et selon la revendication 2, dans lequel le maintien (106) du conducteur électrique (32 ; 132) sur le corps est assuré par au moins un des moyens suivants : collage ; brasage ; surgainage ; mise en place de pontets ; matage du corps ; matage du conducteur électrique (32 ; 132) ; mise sous vide ; aimantation du conducteur électrique (32 ; 132) ; frettage ; utilisation d’une roue combinée à l’outil de projection par gaz froid ; microsoudure.
11. Procédé (100) selon l’une des revendications 2 à 10, dans lequel le maintien (106) du conducteur électrique (32 ; 132) sur le corps et le recouvrement (108) dudit conducteur électrique (32 ; 132) sont assurés au moyen d’un dispositif (44) selon l’une des revendications 11 à 22.
12. Dispositif (44) de maintien d’un substrat (9) pour une projection dynamique par gaz froid d’une poudre métallique sur ledit substrat (9),
caractérisé en ce que ledit dispositif (44) comprenant une plateforme de fixation (46) du substrat (9), telle qu'une aube (9) de turbomachine, et au moins une plaque (48 ; 54) destinée à être montée sur ladite plateforme (46) pour s'étendre sensiblement parallèlement à une surface extérieure (11.3, 11.4) dudit substrat (9), lau moins une plaque (48 ; 54) comprenant au moins un orifice (50 ; 150) configuré pour être disposé en regard d’un chemin (40) débouchant sur ladite surface extérieure (11.3, 11.4) et comportant un conducteur électrique (32 ; 132), ledit au moins un orifice (50 ; 150) étant configuré pour permettre le passage d'une poudre métallique projetée par projection dynamique par gaz froid vers ledit chemin (40), de manière à recouvrir au moins partiellement le conducteur électrique (32 ; 132), ledit dispositif (44) étant adapté à un procédé (100) selon l’une des revendications 1 à 11.
13. Dispositif (44) selon la revendication 12, dans lequel lau moins un orifice (50 ; 150) s'étend suivant une trajectoire définie par le chemin (40) sur le substrat
(9).
14. Dispositif (44) selon l’une des revendications 12 et 13, dans lequel l’au moins une plaque (48 ; 54) comprend une première plaque (48) et une deuxième plaque (54) configurées pour une utilisation séquentielle avec ladite plateforme (46).
15. Dispositif (44) selon les revendications 13 et 14, dans lequel la première plaque (48) forme une succession d'’orifices (50) qui suivent la trajectoire du chemin (40), de manière à ce que la poudre métallique projetée à travers ladite succession d'orifices (50) forme une succession de pontets d'ancrage
(42.1) aptes à maintenir le conducteur électrique (32 ; 132) contre un fond (43) du chemin (40).
16. Dispositif (44) selon la revendication 15, dans lequel la première plaque (48) comprend des picots (52) venant de matière avec ladite première plaque (48), lesdits picots (52) étant configurés pour s'étendre dans le chemin (40) de manière à plaquer le conducteur électrique (32 ; 132) contre le fond (43) dudit chemin (40).
17. Dispositif (44) selon la revendication 16, dans lequel chaque picot (52) est formé entre deux orifices (50) adjacents de la succession d'orifices (50).
18. Dispositif (44) selon l’une des revendications 15 à 17, dans lequel chaque orifice (50) de la succession d'’orifices (50) étant distant d’un orifice (50) adjacent d’une distance (d) correspondant à au plus deux fois la moyenne d’une étendue (e) de chacun desdits orifices (50).
19. Dispositif (44) selon l’une des revendications 15 à 18, dans lequel la succession d'orifices (50) s'étend à intervalles réguliers suivant toute une étendue du chemin (40) sur le substrat (9).
20. Dispositif (44) selon l'une des revendications 14 à 19, dans lequel la deuxième plaque (54) comporte un seul orifice (150) qui suit une trajectoire définie par le chemin (40) sur le substrat (9), ledit orifice (150) s'étendant de façon continue sur ladite deuxième plaque (54) suivant une étendue totale dudit chemin (40) sur le substrat (9).
21. Dispositif (44) selon l’une des revendications 12 à 20, dans lequel ’au moins une plaque (48, 54) étant configurée pour être montée sur la plateforme (46) au moyen de pions de guidage filetés (45) faisant saillie depuis une face de réception (46.3) de ladite plateforme (46), et des écrous papillon (49) destinés à venir serrer [au moins une plaque (48, 54) par un engagement desdits écrous (49) avec les pions de guidage filetés (45).
22. Dispositif (44) selon les revendications 14 et 21, dans lequel la première plaque (48) est scindée en deux parties (48.1, 48.2) configurées pour venir se rejoindre sur la face de réception (46.3) et constituer ladite première plaque (48).
23. Dispositif (44) selon l’une des revendications 12 à 22, dans lequel le substrat (9) correspond à une aube (9) de turbomachine, et la surface extérieure (11.3,
11.4) étant l’intrados (11.3) ou l’extrados (11.4) de ladite aube.
24. Aube (9) de turbomachine (4) comprenant un conducteur électrique (32 ; 132), caractérisée en ce que ladite aube (9) est obtenue par le procédé (100)
de fabrication d'une aube (9) de turbomachine selon l’une des revendications 1 à 11.
25. Aube (9) selon la revendication 24, caractérisée en ce que le conducteur électrique (32 ; 132) comprend au moins une ligne électrique (34) enrobée d’une gaine (38) isolante.
26. Compresseur (2) de turbomachine (4) comprenant une aube (9), le compresseur (2) étant caractérisé en ce que l'aube (9) est selon lune des revendications 23 et 24, ou est fabriquée au moins partiellement par le procédé (100) selon l’une des revendications 1 à 11.
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