FR2977510A1 - Noyau de fonderie, procede de fabrication d'une aube de turbine utilisant un tel noyau. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un noyau de fonderie pour la fabric. ation d'une aube de turbomachine refroidie par circulation de fluide à l'intérieur de cavités internes, le noyau étant de forme allongée et comportant au moins un premier élément (101) de noyau de forme allongée pour la formation d'une cavité interne et un second élément (104) de noyau, de formation d'une cavité de baignoire (140), dans le prolongement du premier élément de noyau, caractérisé par le fait que le premier élément (101) et le second élément (104) forment un ensemble monobloc.

Description

L'invention concerne un noyau destiné à être utilisé lors du procédé de fonderie par cire perdue pour fabriquer une aube de turbine et concerne également un procédé de fabrication d'une aube de turbine comprenant une baignoire utilisant un tel noyau. Etat de la technique

Il est connu de munir les aubes mobiles de turbomachine, telles que les turbines haute et basse pression, de circuits internes de refroidissement leur permettant de 10 supporter sans dommage les températures très élevées auxquelles elles sont soumises pendant le fonctionnement de la turbomachine. Ainsi, dans le cas d'une turbine haute-pression, les températures des gaz issus de la chambre de combustion atteignent des valeurs largement supérieures à celles que peuvent supporter sans dommage les aubes de la turbine, ce qui a pour conséquence de limiter leur durée de vie. 15 Grâce à de tels circuits de refroidissement, de l'air, qui est introduit dans l'aube par son pied, traverse celle-ci en suivant un trajet sinueux formé par plusieurs cavités longitudinales ménagées dans l'aube avant d'être éjecté par des orifices de sortie débouchant à la surface de l'aube et le long de son bord de fuite. Il est également connu de l'art antérieur d'utiliser un noyau céramique, dans le 20 procédé de fonderie à la cire perdue, qui a pour fonction de réserver un emplacement pour chacune des cavités des circuits de refroidissement de l'aube. Un tel noyau est de forme complexe avec au moins deux éléments de noyau l'un conformé pour les cavités internes et l'autre pour la baignoire. Des tiges, par exemple en alumine, relient les deux éléments pour créer un espace entre eux, Ces tiges ont également pour fonction de 25 créer des trous de dépoussiérage permettant d'évacuer les fines particules se trouvant à l'intérieur des cavités de l'aube. Un exemple de ces tiges est représenté sur la figure 1. Lors de l'opération d'injection de cire, qui a pour but d'obtenir un modèle, l'espace est comblé par la cire. Un moule carapace en matière céramique vient ensuite 30 envelopper le modèle en cire. Puis, lors de l'opération de fonderie proprement dite, qui consiste en la coulée d'un métal en fusion, par exemple un alliage base nickel, dans le moule, la cire est tout d'abord éliminée et ensuite le métal est coulé et vient combler les vides laissés par la cire. En particulier, après refroidissement de l'aube et décochage de5 la carapace, la paroi de fond de la baignoire correspond à l'espace réservé par les tiges sur le noyau. Les tiges elles mêmes ont laissé place à des ouvertures faisant communiquer les cavités internes avec la baignoire. L'utilisation de tiges présente plusieurs inconvénients. Ce sont des éléments petits et fragiles engendrant des potentielles casses du noyau. Il est difficile de les manipuler du fait de leur taille et de les mettre en place à l'extrémité du noyau. Les tiges sont toutefois larges par rapport à l'épaisseur du noyau en bord de fuite ce qui oblige à des aménagements spécifiques pour les accueillir. Enfin, lors de l'opération de décochage, l'opérateur doit être particulièrement attentif à ne pas laisser ces tiges dans les cavités formées dans l'aube.

Exposé de l'invention

L'invention a pour but de résoudre le problème qui vient d'être exposé. A cet effet, elle propose un noyau de fonderie pour la fabrication d'une aube de turbomachine refroidie par circulation de fluide à l'intérieur de cavités internes, le noyau étant de forme allongée et comportant au moins un premier élément de noyau de forme allongée pour la formation d'au moins une cavité interne et un second élément de noyau, de formation d'une cavité de baignoire dans le prolongement du premier élément de noyau. Le noyau est caractérisé par le fait que le premier élément et le second élément de noyau forment un ensemble monobloc. Par le terme monobloc, on doit comprendre que le noyau est d'une seule pièce, notamment obtenu par moulage. Ainsi un tel noyau ne contient pas de tiges avec les inconvénients qui y sont associés. De cette manière, le noyau devient plus rigide et les possibilités de casse sont réduites. Après coulée du métal, l'aube obtenue présente une baignoire dont on réalise le fond en rapportant et interposant une plaque entre les cavités internes et la baignoire. Conformément à un mode de réalisation avantageux, la paroi longitudinale du second élément de noyau présente un décrochement par rapport à la paroi longitudinale du premier élément de noyau, sur une partie du pourtour du noyau. Plus précisément, le décrochement est formé par une portion de paroi transversale entre lesdites parois longitudinales.

3 Par cette disposition, on forme un rebord interne, après fonderie, facilitant la mise en place d'un moyen de fermeture tel qu'une plaquette et la liaison de celui-ci à l'aube. La plaquette est simple à positionner et à ajuster et réduit ainsi les risques de fuite en fond de baignoire lorsque la turbomachine est en fonctionnement.

Conformément à une autre caractéristique, le noyau comporte au moins un premier évidement ménagé transversalement entre le premier et le second élément de noyau. Ce premier évidement vient après coulée du métal constituer un élément de la paroi de fond de la baignoire, permettant de réduire la taille des plaques à rapporter dans la paroi de fond Conformément à un mode de réalisation préféré, le premier élément de noyau comprend au moins deux parties longitudinales séparées par au moins un évidement longitudinal, et, notamment, le premier élément de noyau comprend une partie de forme allongée de formation de la cavité située le long du bord d'attaque de l'aube et une partie de forme allongée de formation du bord de fuite, l'évidement transversal étant ménagé entre lesdites deux parties. L'invention porte également sur un procédé de fabrication d'une aube de turbomachine, selon lequel on réalise une ébauche par fonderie à la cire perdue en utilisant un noyau de l'invention, l'ébauche comprenant une cavité de baignoire dont la paroi de fond comporte au moins une ouverture communiquant avec les cavités internes de l'aube. Le procédé est caractérisé par le fait qu'une plaque de fermeture est déposée sur ladite ouverture de la paroi de fond de la baignoire, puis la plaque de fermeture est solidarisée à l'aube. Préférentiellement, on utilise un noyau comportant un décrochement entre le premier élément de noyau et le second élément de noyau. L'ouverture après coulée du métal comprend alors un rebord correspondant au décrochement entre les premier et deuxième éléments de noyau. Le rebord peut être usiné de manière à obtenir une surface sensiblement plane; puis la plaque de fermeture est déposée sur la surface sensiblement plane obtenue et elle est soudée ou brasée. Ainsi, le moyen de fermeture est déposé sur une surface usinée ce qui assure une étanchéité, après fermeture, quasiment parfaite. L'invention permet par ce moyen la mise en place aisée d'un moyen de fermeture des ouvertures. L'ensemble du procédé est économique.

Le fond de la baignoire est ainsi constitué au moins en partie d'un moyen de fermeture rapporté. Les tiges ayant été supprimées, les cavités de l'aube débouchant dans la baignoire doivent être fermées afin de permettre la circulation d'un flux d'air de refroidissement.

On peut aussi réaliser de façon simple les passages nécessaires à l'évacuation des poussières en perçant les plaques rapportées de manière appropriée. Avantageusement, le moyen de fermeture comporte au moins un trou. Ce trou permet le dépoussiérage des cavités à l'intérieur de l'aube. Il est avantageusement réalisé par perçage et avant l'étape de dépose du moyen de fermeture.

Le perçage du trou dans la plaquette peut être réalisé avant le positionnement de celle-ci sur l'aube. Ceci permet d'éviter l'introduction de copeaux d'usinage dans les cavités de l'aube. Pour certains types d'aube, ayant des cavités avec des volumes relativement importants, il est simple de retirer les copeaux provenant du perçage des trous. Dans ce cas, le perçage peut se faire après avoir solidarisé la plaquette à l'aube.

Brève description des figures

L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue d'un noyau de fonderie selon l'art antérieur, représenté à plat ; - la figure 2 est une vue de côté d'une aube de turbine obtenue par fonderie à la cire perdue en utilisant le noyau de l'art antérieur montré sur la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en coupe, selon la direction A-A, de l'aube turbine montrée sur la figure 2 ; - la figure 4 est une vue en perspective d'un noyau de fonderie selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 5 représente une vue partielle du noyau montré sur la figure 4 ; - la figure 6 est une vue de dessus d'une aube de turbine obtenue par fonderie à la cire perdue en utilisant le noyau de fonderie montré sur la figure 4 ; - la figure 7 est une vue en perspective de la même aube de turbine représentée sur la figure 6 ; Description détaillée de l'invention

Sur la figure 1 est représenté un noyau de fonderie de l'art antérieur ; il comprend dans le sens de sa plus grande longueur un premier élément de noyau et un second élément de noyau 4 dans le prolongement du premier. Les deux éléments sont reliés par des tiges métalliques 6, en alumine particulièrement, qui les maintiennent à distance l'un de l'autre, avec un évidement transversal 5. Le premier élément est formé de plusieurs parties, ici cinq, 21, 22, 23, 24 et 25, séparées entre elles par des évidements longitudinaux. 26, 27, 28, 29. Le noyau est incorporé dans un moule dans lequel une cire est injectée pour la réalisation du modèle de l'aube à fabriquer. Puis l'étape suivante comprend la réalisation du moule carapace dans lequel le métal en fusion est coulé. Lors de la coulée, les évidements ménagés entre les différentes parties du noyau et entre le noyau et les parois du moule carapace sont remplis par le métal en fusion et forment les cloisons et parois de l'aube. En particulier, l'évidement transversal 5 devient la paroi de fond 41 de la baignoire 40 de l'aube de turbine 10 représentée sur la figure 3. Les parties pleines du noyau deviennent quant à elles des cavités. Les tiges 10 permettent de créer des trous de dépoussiérage dans la paroi de fond afin d'évacuer les diverses particules, en particulier du sable fin, s'introduisant dans la turbomachine par la manche d'entrée. Si la plupart des poussières traversent le moteur sans dommage, il arrive que certaines d'entre elles parviennent jusqu'aux circuits de refroidissement des aubes de turbine ; leur accumulation à l'intérieur de ces circuits risque de boucher les orifices d'évacuation en sortie des cavités et ainsi de mettre en péril l'intégrité de l'aube. Une accumulation des particules à l'intérieur de l'aube de turbine aurait un effet néfaste sur le fonctionnement de la turbomachine, en particulier sur le bon refroidissement de l'aube. Le noyau comprend également un élément de pied d'aube 7 qui s'étend depuis le premier élément du côté opposé au second élément pour former les cavités du pied 70 de l'aube. Cet élément de pied comprend des parties pleines qui sont dans le prolongement des parties pleines du premier élément séparées par des évidements qui prolongent une partie des évidements du premier élément de noyau. Des cavités de 5 de refroidissement sont ainsi formées dans le pied d'aube par lesquelles l'air va être amené à l'intérieur de l'aube. Sur la figure 3, l'aube 10 est représentée en coupe. Elle comporte une baignoire 40 comportant elle-même une paroi de fond 41. L'épaisseur de la paroi de fond 41 est sensiblement celle de l'évidement 5 dans le noyau de fonderie 1. L'aube comporte des circuits parcourus par l'air de refroidissement partant de son pied 70 débouchant pour une partie dans le fond de baignoire 41. La figure 4 représente un mode de réalisation du noyau de fonderie 100 selon l'invention. Le noyau s'étend entre son extrémité proximale, extrémité située du côté du pied, et son extrémité distale, opposée. Le noyau 100 comprend un premier élément 101 de noyau, de forme allongée situé entre ses extrémités proximale et distale. Le premier élément 101 de noyau comporte des parties pleines 121, 122, 123, 124 et 125 séparées par des évidements longitudinaux 126, 127, 128, 129. Les différentes parties sont profilées pour former les cavités internes de l'aube correspondante. Ainsi la partie pleine 121 est profilée pour former la cavité de bord d'attaque de l'aube et la partie pleine 125, celle de bord de fuite. Les évidements sont destinés à former les cloisons entre les cavités. Du coté de l'extrémité proximale, le premier élément 101 se prolonge par un élément de pied 170 qui est agencé pour créer les cavités d'alimentation en fluide de refroidissement des cavités de l'aube. . A l'extrémité distale, le noyau comprend un second élément 104 de noyau. Il s'étend transversalement par rapport à l'axe du noyau. Conformément à l'invention, le second élément 104 de noyau est monobloc avec le premier élément 101. Ils viennent notamment de la même cavité de moulage. On passe, sans solution de continuité, d'une partie du premier élément 101 à l'élément 104. Dans l'exemple illustré par la figure 4, la partie 121 de formation de la cavité de bord d'attaque est continue avec le second élément 104. Il en est de même entre les parties 124 et 125 situées dans le bord de fuite et le second élément 104. Les deux parties centrales 122 et 123 ménagent un évidement 105 avec le second élément 104. Cet évidement est orienté transversalement par rapport à l'axe longitudinal. Dans l'exemple illustré, un seul évidement est ménagé entre le premier élément 101 de noyau et le second élément 104 de noyau. Cependant d'autres configurations sont à la portée de l'homme du métier en fonction de l'agencement des circuits de refroidissement à l'intérieur de l'aube. Cet exemple n'est pas limitatif. Une fois l'aube coulée, la baignoire obtenue présente une paroi de fond correspondant à l'évidement 105, la transition entre les cavités correspondant aux parties 121, 124 et 125 du noyau restant ouverte. II est possible d'obturer ces passages au moyen de plaques de fermeture rapportées en travers de ces passages. Conformément à un mode de réalisation préféré, on prévoit un décrochement dans la zone de transition continue entre les parties du premier élément de noyau et le second élément de noyau.

Sur la figure 5 on voit en détail le décrochement au niveau du bord d'attaque. Ce décrochement vient de la surépaisseur 104A du second élément par rapport à la partie 121, immédiatement sous jacente. A ce niveau le second élément 104 comprend une face 104B en surplomb par rapport à la partie 121 de bord d'attaque. Dans cet exemple l'élément 104 comprend une autre zone 104C en surépaisseur par rapport aux parties arrière 124 et 125 du premier élément pour la formation de la cavité de bord de fuite. La figure 6 est une vue de dessus de l'aube 110 après moulage. On voit la baignoire 140 et son fond 141 avec les ouvertures 142 et 143. Un rebord 142B et 143B longe le bord des deux ouvertures le long des parois de l'aube.

On ferme ces ouvertures 142 et 143 en déposant des plaquettes de fermeture 152 et 153 dans le prolongement de la paroi de fond 141 comme on le voit sur la figure 7. La matière de ces plaquettes, peut, par exemple, être de l'Hastelloy X (marque de fabrique). L'invention permet de déposer simplement ces deux plaquettes, sans efforts particuliers de positionnement et d'ajustage. Il est possible de déposer directement les plaquettes sur des surfaces brutes de fonderie si celles-ci permettent d'obtenir des rebords comportant des surfaces suffisamment planes et précises permettant par la suite un brasage ou un soudage de bonne qualité, c'est-à-dire n'induisant pas des risques de fuite entre la plaquette et le fond de baignoire.

Dans un cas plus général, les surfaces brutes de fonderie ne sont pas suffisamment précises et planes pour permettre un brasage ou soudage des plaquettes. Par conséquent, une opération d'usinage, pouvant être un fraisage, est réalisée Si des orifices de dépoussiérage sont souhaités, il suffit de percer les plaquettes auparavant. La matière de brasage peut être, par exemple, de type BFNiCrBSi. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, la réalisation des trous de 5 dépoussiérage peut être réalisée après avoir brasé les plaquettes. Ce mode de réalisation est bien adapté à des aubes comportant des cavités suffisamment larges afin de permettre le dégagement des copeaux d'usinage par le pied d'aube.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Noyau (1) de fonderie pour la fabrication d'une aube de turbomachine (10) refroidie par circulation de fluide à l'intérieur de cavités internes, le noyau étant de forme allongée et comportant au moins un premier élément (101) de noyau de forme allongée pour la formation d'une cavité interne et un second élément (104) de noyau, de formation d'une cavité de baignoire (140), dans le prolongement du premier élément de noyau, caractérisé par le fait que le premier élément (101) et le second élément (104) forment un ensemble monobloc.
2. 2. Noyau (1), selon la revendication 1, dont la paroi longitudinale du second élément (104) de noyau présente un décrochement par rapport à la paroi longitudinale du premier élément (101) de noyau, sur une partie (104A, 104C) du pourtour du noyau,
3. 3. Noyau (1), selon la revendication précédente, dont le décrochement est formé par une portion (1046) de paroi transversale entre lesdites parois longitudinales des premier et second éléments de noyau.
4. 4. Noyau, selon l'une des revendications précédentes, comportant au moins un premier évidement (105) ménagé transversalement entre le premier et le second élément de noyau.
5. 5. Noyau, selon la revendication précédente, dont le premier élément de noyau comprend au moins deux parties (121, 122, 123, 124, 125) longitudinales séparées par au moins un évidement longitudinal (126, 127, 128, 129),
6. 6. Noyau selon la revendication précédente dont le premier élément (101) de noyau comprend une partie (121) allongée de bord d'attaque et une partie allongée (125) de bord de fuite, l'évidement transversal (105) étant ménagé entre lesdites parties.
7. 7. Procédé de fabrication d'une aube de turbine (10), selon lequel on réalise une ébauche d'aube par fonderie à la cire perdue en utilisant un noyau (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, l'ébauche comprenant une cavité de baignoire (140) dont le fond ( 141) comprend au moins une ouverture (142, 143) communiquant avec les cavités internes de l'aube, selon lequel une plaque de fermeture (152, 153) est déposée sur ladite ouverture et est solidarisée à l'aube. 10
8. 8. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, l'ouverture comprenant un rebord (1426, 1436) correspondant audit décrochement entre les premier et deuxième éléments de noyau, selon lequel ledit rebord est usiné de manière à obtenir une surface sensiblement plane; puis la plaque de fermeture est déposée sur la surface sensiblement plane obtenue.
9. 9. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, selon lequel la plaque de fermeture est soudée ou brasée.
10. 10. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 7 à 9 selon lequel la plaque de fermeture est percée, le perçage étant réalisé avant la pose.