Procédé de fabrication d'une aube creuse de turbomachine Le présent brevet a pour objet un procédé de fabrication d'une aube creuse de turbomachine, par exemple d'une aube de compresseur rotatif, cette aube pouvant être montée soit sur le rotor, soit sur le stator.
Il est avantageux, dans certaines turbomachines, que les aubes comprennent trois zones différentes remplissant chacune une fonction différente. Ces zo nes sont: la pale, la plate-forme et la racine. La pale est la partie de l'aube présentant une forme aéro dynamique. La racine est la partie de l'aube qui s'ajuste dans le disque ou le tambour du rotor. La plate-forme constitue une zone intermédiaire entre les deux précédentes et a pour but d'empêcher le milieu actif de la machine de venir en contact avec la racine et avec le disque ou le tambour du rotor. Dans une aube refroidie, la plate-forme peut présen ter un passage pour le milieu réfrigérant dans son parcours vers la pale.
Un avantage d'une plate-forme refroidie entre la pale et le disque ou le tambour du rotor est de limiter l'écoulement de chaleur de la pale vers le disque ou le tambour du rotor, afin que ce dernier fonctionne à une température relativement basse et puisse être ainsi d'une construction plus légère que ce ne serait possible autrement.
Le procédé faisant l'objet de l'invention pour la fabrication d'une aube creuse de turbomachine, comprenant une pale, une plate-forme et une racine, dans lequel on presse une ébauche sous forme de feuille métallique de manière à onduler une partie de cette ébauche pour qu'elle présente une nervure et une rainure destinées à former les flancs de l'aube dans la pale, on plie l'ébauche pressée le long d'une ligne de raccord entre la nervure et la rainure pour amener la nervure dans la rainure afin de former la pale, et on soumet les autres parties de l'ébauche à au moins une autre manipulation de manière à donner la forme voulue à la racine, est caractérisé en ce qu'on forme, dans l'opération de pression ini tiale,
la partie de l'ébauche qui est destinée à former la plate-forme et la racine pour lui donner la forme d'une auge avec un volet s'étendant depuis un bord de ladite auge aligné avec ladite ligne de raccord, en ce qu'on ferme ledit volet sur l'auge, dans l'opéra tion de pliage, pour former une boîte constituant la plate-forme et la racine, et en ce qu'on joint les bords adjacents du volet et de l'auge pour former un angle de la plate-forme.
Le dessin représente une forme et des variantes d'exécution de l'aube creuse obtenue par mise en #uvre du procédé selon l'invention, mise en aeuvre décrite ci-après, à titre d'exemple.
La fig. 1 est une vue en perspective d'une ébau che de ladite forme d'exécution, faite d'une feuille métallique partiellement formée.
La fig. 2 est une vue latérale prise dans la direc tion de la flèche II de la fig. 1.
La fig. 3 est une vue de bout de l'ébauche après pliage.
Les fig. 4, 5 et 6 sont des vues latérales schéma tiques de la racine et de la plate-forme à divers sta des de leur fabrication.
La fig. 7 est une vue latérale de l'aube finie. La fig. 8 est une vue en perspective de l'aube finie, montrant le bord de fuite et le flanc convexe de la pale. Les fig. 9 et 10 sont des coupes partielles de variantes de la racine.
Dans la forme d'exécution représentée, l'aube est faite à partir d'une ébauche 10 constituée par une feuille métallique. La feuille peut être tout d'abord laminée de manière à présenter des régimes de moindre épaisseur, ou laminée et comprimée de manière à présenter des variations importantes de l'épaisseur de la paroi qui subsistent dans l'aube finie. La feuille métallique est alors coupée pour former l'ébauche 10 présentant la forme requise, approxi mativement un rectangle dans la forme d'exécution représentée. La feuille découpée est ensuite soumise à une ou plusieurs opérations de presse pour lui don ner la forme représentée aux fig. 1 et 2.
Une partie 11 s'étendant environ sur la moitié de la longueur de l'ébauche est ondulée pour former la base de la pale de l'aube, et la partie restante 12 est formée pour constituer la base de la plate-forme et de la racine. Dans la partie 11, l'ondulation comprend une nervure convexe 13 et une rainure concave 14 dis posées parallèlement selon la longueur de l'ébauche 10.
La nervure 13 constituera le flanc convexe de la pale et la rainure 14 constituera le flanc concave. La ligne de raccord 15 entre la nervure et la rainure est la ligne le long de laquelle l'ébauche sera pliée plus tard, comme représenté à la fig. 3, le pli consti tuant éventuellement le bord d'attaque de la pale.
Dans la partie 12 qui doit constituer la plate forme et la racine, la surface alignée avec la nervure 13 est fortement pressée pour former une auge 16. Le reste de cette partie de l'ébauche est laissé sans changement pour constituer un volet plat 17.
Ensuite, l'ébauche pressée est pliée le long de la ligne de raccord 15, de manière que la rainure 14 soit repliée dans la concavité de la nervure 13 et que le volet 17 soit replié sur l'ouverture de l'auge 16 pour constituer une boite de section droite en forme de parallélogramme, comme on le voit à la fig. 3.
Les bords libres adjacents du volet 17 et de l'auge 16 sont alors réunis ensemble par brasage ou par soudure.
Chaque petit côté 18 et 19 de la bote est dé coupé environ à mi-longueur, afin que cette partie de l'ébauche pliée présente deux pattes 20 et 21 (fig. 4). Si la racine est en forme de sapin (fig. 7 et 8), les pattes 20 et 21 sont soumises à une opé ration électrique d'écrasement qui les raccourcit et les épaissit comme représenté à la îig. 5.
Elles sont soumises ensuite à une opération d'ondulation pré liminaire, qui consiste en un laminage transversal, pour donner aux pattes 20 et 21 la forme rudimen taire des rainures transversales parallèles caractéri sant la racine en sapin représentée à la fig. 6.
A un certain instant pendant ou après le pliage, mais avant que les pattes 20 et 21 soient pliées vers l'intérieur comme représenté à la fig. 6, une chicane 33 est insérée dans l'aube. Elle sera décrite en détail plus loin.
Les pattes 20 et 21 sont alors soumises à une pression qui les rapproche l'une de l'autre. Cette pression produit une certaine déformation plastique du métal et amène la racine en sapin pratique ment à sa forme finale.
Une pièce 22 (fi-. 7 et 8) est ensuite insérée entre les deux pattes 20 et 21. Cette pièce est cour bée à partir d'une feuille, approximativement en forme d'un U inversé dont une jambe 23 est plus longue que l'autre jambe 24. La longueur de la pièce insérée est supérieure à la dimension d'avant en arrière de la racine (comme on le voit nettement à la fig. 7), de sorte qu'elle se projette au-delà des extrémités de la racine.
La base de la pièce en U constitue une paroi transversale entre les parties intérieures de la racine 25 et de la plate-forme 26, et une languette 27 est découpée à proximité du front de l'aube dans la base de la pièce en U et repliée vers le bas pour former une ouverture 28 dans ladite pièce. Une langue 29 à l'extrémité ar rière de la pièce insérée est repliée contre la partie inférieure de la paroi arrière 19 de la plate-forme pour assurer un scellage, et une autre langue 30 est repliée latéralement pour se projeter au-delà des limites de la formation en sapin de la racine, pour constituer un arrêt de bout pour l'aube dans sa rainure.
A la partie frontale de l'aube, une langue 31 solidaire de la pièce insérée est repliée vers le bas pour fermer la partie frontale de la racine 25. Une ouverture 32 est ménagée à l'arrière de la ra cine pour l'introduction d'un milieu de réfrigération dans l'aube.
Comme indiqué précédemment, la chicane 33 (fig. 7) est insérée dans l'aube. Cette chicane s'étend à travers la plate-forme 26 et le long d'une partie de la longueur de la pale 34. Cette chicane peut être obtenue par pression à partir d'une simple feuille métallique. Elle est sous forme de deux por tions concaves allongées qui peuvent être pliées en semble comme deux moitiés d'une coquille, ces moi tiés présentant des nervures 35 qui engagent les sur faces internes des flancs de la pale de l'aube.
Dans la plate-forme 26, la chicane est sous forme d'un canal à côtés parallèles, au moins un des deux côtés étant soudé à la surface interne des côtés de la plate- forme. Une paroi transversale 37 du canal formé par la chicane se termine à proximité du bord arrière de l'ouverture 28 dans la pièce insérée 22, de sorte que le milieu de réfrigération introduit à travers l'ou verture 32 dans l'arrière de l'aube passe vers le chaut à travers l'ouverture 28 et est guidé par la paroi 37 et par la partie de la chicane 33 en avant des nervures 35 jusque dans l'intérieur de l'aube à proximité du bord d'attaque 38.
On permet au milieu de réfrigérant de s'échap per en bas du bord de fuite 39 de l'aube, en insé rant de minces pièces d'espacement 40, de la ma- nière décrite dans le brevet suisse No 323715. D'une autre manière, les deux flancs de l'aube à proximité du bord de fuite peuvent être pincés et soudés l'un à l'autre par intervalles. On assure ainsi une rangée d'ouvertures 41 en bas du bord de fuite de l'aube, à travers lesquels le milieu de réfrigération peut s'échapper.
La pièce insérée 22 est brasée ou soudée en position, après quoi une opération finale d'usinage complète la racine en sapin .
Pour compléter l'aube, un prolongement de scel lage 42 est soudé sur le côté frontal 18 de la plate- forme.
On peut utiliser des variantes de l'aube décrite ne présentant pas une racine en sapin . Une telle variante est représentée à la fig. 9. Les extrémités 43 et 44 des pattes 20 et 21, respectivement, sont repliées sur elles-mêmes, comme représenté, pour raccourcir les pattes et doubler leur épaisseur. Les parties des pattes de simple épaisseur sont alors pressées ensemble pour former le col 45. La racine ainsi formée est insérée dans une rainure 46 corres pondante, taillée dans le rotor de la turbine.
Dans une seconde variante représentée à la fig. 10, les extrémités des pattes 20 et 21 de la racine sont enroulées autour d'une barre 47, les parties des pattes adjacentes à la barre étant pressées ensemble pour former un col 48.
On peut obtenir encore d'autres formes de raci nes en traitant différemment les pattes 20 et 21.
Method for manufacturing a hollow turbine engine blade The present patent relates to a process for manufacturing a hollow turbine engine blade, for example a rotary compressor blade, this blade possibly being mounted either on the rotor or on the stator.
It is advantageous, in certain turbomachines, for the blades to include three different zones each fulfilling a different function. These areas are: the blade, the platform and the root. The blade is the part of the blade with a dynamic aero shape. The root is the part of the vane that fits into the rotor disc or drum. The platform constitutes an intermediate zone between the two preceding ones and aims to prevent the active medium of the machine from coming into contact with the root and with the disc or the drum of the rotor. In a cooled vane, the platform can present a passage for the refrigerant medium in its path towards the blade.
An advantage of a cooled platform between the blade and the rotor disc or drum is that it limits the flow of heat from the blade to the rotor disc or drum, so that the latter operates at a relatively low temperature. and may thus be of a lighter construction than would otherwise be possible.
The method forming the subject of the invention for the manufacture of a hollow vane for a turbomachine, comprising a blade, a platform and a root, in which a blank in the form of a metal sheet is pressed so as to undulate a part of this blank so that it has a rib and a groove intended to form the sides of the blade in the blade, the blank pressed is folded along a connection line between the rib and the groove to bring the rib in the groove in order to form the blade, and the other parts of the blank are subjected to at least one other manipulation so as to give the desired shape to the root, is characterized in that, in the operation of initial pressure,
the part of the blank which is intended to form the platform and the root to give it the shape of a trough with a flap extending from an edge of said trough aligned with said connection line, in that said shutter is closed on the trough, in the folding operation, to form a box constituting the platform and the root, and in that the adjacent edges of the shutter and the trough are joined to form a angle of the platform.
The drawing shows a form and variants of execution of the hollow blade obtained by implementing the method according to the invention, implementation described below, by way of example.
Fig. 1 is a perspective view of a blank of said embodiment, made of a partially formed metal foil.
Fig. 2 is a side view taken in the direction of the arrow II of FIG. 1.
Fig. 3 is an end view of the blank after folding.
Figs. 4, 5 and 6 are schematic side views of the root and platform at various stages of their manufacture.
Fig. 7 is a side view of the finished vane. Fig. 8 is a perspective view of the finished blade, showing the trailing edge and the convex side of the blade. Figs. 9 and 10 are partial cuts of root variants.
In the embodiment shown, the blade is made from a blank 10 formed by a metal foil. The sheet may first of all be laminated so as to exhibit thinner regimes, or laminated and compressed so as to exhibit significant variations in the thickness of the wall which remain in the finished blade. The metal foil is then cut to form the blank 10 having the required shape, approximately a rectangle in the embodiment shown. The cut sheet is then subjected to one or more press operations to give it the shape shown in FIGS. 1 and 2.
A part 11 extending approximately half the length of the blank is corrugated to form the base of the blade of the vane, and the remaining part 12 is formed to form the base of the platform and the blade. root. In part 11, the corrugation comprises a convex rib 13 and a concave groove 14 arranged parallel along the length of the blank 10.
The rib 13 will constitute the convex side of the blade and the groove 14 will constitute the concave side. The connection line 15 between the rib and the groove is the line along which the blank will later be bent, as shown in FIG. 3, the fold possibly constituting the leading edge of the blade.
In the part 12 which must constitute the platform and the root, the surface aligned with the rib 13 is strongly pressed to form a trough 16. The rest of this part of the blank is left unchanged to constitute a flat flap 17.
Then the pressed blank is folded along the connection line 15, so that the groove 14 is folded back into the concavity of the rib 13 and the flap 17 is folded over the opening of the trough 16 to form a box of straight section in the form of a parallelogram, as seen in FIG. 3.
The adjacent free edges of the shutter 17 and of the trough 16 are then joined together by brazing or by welding.
Each short side 18 and 19 of the box is cut approximately halfway down, so that this part of the folded blank has two tabs 20 and 21 (fig. 4). If the root is shaped like a fir tree (fig. 7 and 8), the legs 20 and 21 are subjected to an electrical crushing operation which shortens and thickens them as shown in fig. 5.
They are then subjected to a preliminary waving operation, which consists of transverse rolling, to give the legs 20 and 21 the rudimentary shape of parallel transverse grooves characterizing the fir root shown in FIG. 6.
At some point during or after folding, but before the legs 20 and 21 are folded inward as shown in fig. 6, a baffle 33 is inserted in the blade. It will be described in detail later.
The legs 20 and 21 are then subjected to a pressure which brings them closer to one another. This pressure produces a certain plastic deformation of the metal and brings the fir root practically to its final shape.
A piece 22 (fig. 7 and 8) is then inserted between the two legs 20 and 21. This piece is bent from a sheet, approximately in the shape of an inverted U, one leg 23 of which is longer than the other leg 24. The length of the insert is greater than the dimension from front to back of the root (as can be seen clearly in fig. 7), so that it projects beyond the ends. from the root.
The base of the U-piece forms a transverse wall between the inner parts of the root 25 and the platform 26, and a tongue 27 is cut near the front of the vane in the base of the U-piece and folded down to form an opening 28 in said part. A tongue 29 at the rear end of the insert is folded back against the lower part of the rear wall 19 of the platform to provide a seal, and another tongue 30 is folded laterally to project beyond the limits. of the spruce formation of the root, to constitute an end stop for the blade in its groove.
At the front part of the blade, a tongue 31 integral with the inserted part is folded down to close the front part of the root 25. An opening 32 is made at the rear of the root for the introduction of the root. 'a refrigeration medium in the dawn.
As indicated above, the baffle 33 (fig. 7) is inserted into the blade. This baffle extends through the platform 26 and along part of the length of the blade 34. This baffle can be obtained by pressure from a simple sheet of metal. It is in the form of two elongated concave portions which can be folded in appearance like two halves of a shell, these halves having ribs 35 which engage the internal surfaces of the sides of the blade of the blade.
In platform 26, the baffle is in the form of a parallel-sided channel, at least one of the two sides being welded to the inner surface of the sides of the platform. A transverse wall 37 of the channel formed by the baffle terminates near the rear edge of the opening 28 in the insert 22, so that the refrigeration medium is introduced through the opening 32 in the rear of the vane passes chaut through opening 28 and is guided by wall 37 and part of baffle 33 forward of ribs 35 into the interior of vane near leading edge 38.
The refrigerant medium is allowed to escape through the bottom of the trailing edge 39 of the vane, by inserting thin spacers 40, as described in Swiss Patent No. 323715. On the other hand, alternatively, the two sides of the blade near the trailing edge can be pinched and welded to each other at intervals. This provides a row of openings 41 at the bottom of the trailing edge of the blade, through which the refrigeration medium can escape.
The insert 22 is soldered or welded in position, after which a final machining operation completes the fir root.
To complete the blade, a sealing extension 42 is welded to the front side 18 of the platform.
Variants of the blade described which do not have a fir root can be used. Such a variant is shown in FIG. 9. The ends 43 and 44 of the legs 20 and 21, respectively, are folded back on themselves, as shown, to shorten the legs and double their thickness. The parts of the legs of single thickness are then pressed together to form the neck 45. The root thus formed is inserted into a corresponding groove 46, cut in the rotor of the turbine.
In a second variant shown in FIG. 10, the ends of the legs 20 and 21 of the root are wrapped around a bar 47, the portions of the legs adjacent to the bar being pressed together to form a neck 48.
Still other root shapes can be obtained by treating legs 20 and 21 differently.