FR3097029A1 - Procédé de fabrication d’un tube à flamme pour une turbomachine - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un procédé de fabrication d’un tube à flamme (1) pour une turbomachine, ledit tube à flamme (1) s’étendant autour d’un axe (X) et comportant une paroi annulaire radialement interne (2) et une paroi annulaire radialement externe (3), reliées l’une à l’autre par une paroi d’extrémité (4) ou de tête, la paroi interne (2), la paroi externe (3) et la paroi d’extrémité (4) définissant un volume interne (5), au moins une partie de ladite paroi d’extrémité (4) formant une double paroi (6) comprenant une première partie (7) et une seconde partie (8) reliées l’une à l’autre et écartées l’une de l’autre de manière à délimiter un canal (9) d’écoulement d’un flux d’air de refroidissement débouchant dans ledit volume interne (5), ledit canal d’écoulement (9) comportant au moins une ouverture d’entrée d’air (13), les première et seconde parties (7, 8) de la double paroi (6) étant reliées par des zones de liaison ou pontets (10) s’étendant dans le canal d’écoulement du flux d’air de refroidissement (9), ledit tube à flamme (1) étant réalisé par fabrication additive.
Description
Domaine technique de l’invention
L’invention concerne un procédé de fabrication d’un tube à flamme pour une turbomachine, notamment pour un hélicoptère ou un avion.
Etat de la technique antérieure
Une turbomachine comporte classiquement, d’amont en aval dans le sens de circulation des gaz au sein de la turbomachine, une soufflante, un ou plusieurs étages de compresseurs, par exemple un compresseur basse pression et un compresseur haute pression, une chambre de combustion, un ou plusieurs étages de turbine, par exemple une turbine haute pression et une turbine basse pression, et une tuyère d’échappement des gaz.
La chambre de combustion est délimitée par des carters de révolution interne et externe coaxiaux et reliés en amont à un carter annulaire de fond de chambre. Le carter externe de la chambre est fixé sur une enveloppe externe de la turbomachine, le carter interne de la chambre étant fixé sur une enveloppe interne ou relié au carter externe.
La chambre de combustion comprend par ailleurs un tube à flamme ou foyer, qui est le siège de la combustion des gaz.
Le tube à flamme peut être torique et à écoulement direct. Dans ce cas, il comprend des parois annulaires réunies au niveau d’une extrémité amont par une paroi de fond ou d’extrémité et un carénage comportant des orifices de passage d’injecteurs de carburant montés sur la chambre de combustion.
En variante, le tube à flamme peut être à écoulement inversé et présenter une forme annulaire coudée permettant de renvoyer l’écoulement gazeux vers l’aval de la turbomachine, en direction de la turbine. L’écoulement des gaz se fait alors successivement de l’aval vers l’amont puis à nouveau vers l’aval de la chambre de combustion. Les injecteurs sont dans ce cas généralement montés au niveau d’une surface d’extrémité ou de tête du tube à flamme.
Un tube à flamme à écoulement inversé est notamment connu du document FR 2 996 289. Un tube à flamme est généralement formé de plusieurs pièces obtenues à partir de tôles embouties, puis assemblées les unes aux autres. Ces pièces subissent par ailleurs des opérations d’usinage, notamment de perçage.
Un tel procédé de fabrication est relativement long et coûteux à mettre en œuvre et ne permet pas de modifier aisément la géométrie des pièces embouties. En effet, de telles modifications nécessitent le remplacement des matrices d’emboutissage, ce qui est particulièrement coûteux.
Par ailleurs, la paroi d’extrémité est soumise à des contraintes thermiques importantes, qu’il convient de réduire afin d’éviter un endommagement prématuré du tube à flamme.
L’invention vise à proposer une solution à ces problèmes, de façon simple, fiable et peu onéreuse.
Présentation de l’invention
A cet effet, l’invention concerne un procédé de fabrication d’un tube à flamme pour une turbomachine, ledit tube à flamme s’étendant autour d’un axe et comportant une paroi annulaire radialement interne et une paroi annulaire radialement externe, reliées l’une à l’autre par une paroi d’extrémité ou de tête, la paroi interne, la paroi externe et la paroi d’extrémité définissant un volume interne, au moins une partie de ladite paroi d’extrémité formant une double paroi comprenant une première partie et une seconde partie reliées l’une à l’autre et écartées l’une de l’autre de manière à délimiter un canal d’écoulement d’un flux d’air de refroidissement débouchant dans ledit volume interne, ledit canal d’écoulement comportant au moins une ouverture d’entrée d’air, les première et seconde parties de la double paroi étant reliées par des zones de liaison ou pontets s’étendant dans le canal d’écoulement du flux d’air de refroidissement, ledit tube à flamme étant réalisé par fabrication additive.
Un tel procédé permet de réaliser un tube à flamme de structure complexe, en une seule pièce, ne nécessitant pas de nombreuses et coûteuses étapes additionnelles d’usinage ou d’assemblage, de manière à obtenir directement un tube à flamme fini ou quasiment fini, prêt à être utilisé dans la turbomachine.
La présence de la double paroi et du canal de circulation d’air permet de refroidir la seconde partie de la double paroi, de façon à limiter les risques de détérioration de la paroi d’extrémité.
Les zones de liaison ou pontets permettent d’assurer la tenue mécanique de la double paroi, de calibrer la section de passage du canal correspondant et/ou de permettre la fabricabilité de la seconde partie de la double paroi.
Le tube à flamme peut être réalisé de façon monobloc, c’est-à-dire en une seule pièce.
Outre une opération de découpe ou d’ébavurage par exemple, le tube à flamme peut être ainsi être réalisé sans opération de reprise d’usinage.
Le tube à flamme peut être réalisé par frittage ou fusion sélective de poudre, par exemple à l’aide d’un faisceau laser ou d’un faisceau d’électrons.
Un tel procédé comprend généralement une étape durant laquelle est déposée, sur un plateau de fabrication, une première couche de poudre d'un métal, d'un alliage métallique ou de céramique d'épaisseur contrôlée, puis une étape consistant à chauffer avec un moyen de chauffage (un faisceau laser ou un faisceau d'électrons) une zone prédéfinie de la couche de poudre, et de procéder en répétant ces étapes pour chaque couche supplémentaire, jusqu'à l'obtention, tranche par tranche, de la pièce finale. Un outillage et un procédé de fabrication d'une pièce par fusion sélective ou frittage sélectif de poudre sont par exemple décrits dans la demande de brevet français FR 3 030 323 au nom de la Demanderesse.
Au moins une zone de liaison ou pontet peut comporter au moins une zone tronconique ou évasée.
La zone tronconique ou évasée peut s’évaser de la première partie vers la seconde partie de la double paroi.
Au moins une zone de liaison ou pontet peut comporter au moins une première zone conique ou évasée, située du côté de la première partie et une seconde zone conique ou évasée, située du côté de la seconde partie, la seconde zone conique ou évasée présentant un angle d’évasement supérieur à l’angle d’évasement de la première zone conique ou évasée.
L’angle d’évasement peut être défini comme l’angle du cône de la zone tronconique correspondante par exemple. La seconde zone tronconique ou évasée est ainsi plus évasée que la première zone tronconique ou évasée.
Les zones de liaisons ou pontets peuvent être agencées sous la forme d’au moins une rangée s’étendant circonférentiellement.
Les zones de liaison ou pontets peuvent être régulièrement réparties le long de ladite rangée, sur la circonférence.
Les zones de liaison ou pontets peuvent être agencés sous la forme d’une pluralité de rangées s’étendant chacune dans la direction circonférentielle et décalées les unes des autres dans la direction radiale et/ou axiale.
La première partie de la double paroi peut comporter des multiperforations débouchant dans le canal d’écoulement du flux d’air de refroidissement, lesdites multiperforations formant des ouvertures d’entrée d’air.
Le tube à flamme peut être réalisé par empilement de couches, la direction d’empilement des couches étant parallèle à l’axe du tube à flamme.
Le tube à flamme peut être réalisé en un alliage à base de cobalt ou de nickel.
Brève description des figures
Description détaillée de l’invention
Les figures 1 et 2 illustrent un tube à flamme 1 obtenu à l’aide du procédé de fabrication selon l’invention. Le tube à flamme 1 est annulaire et s’étend autour d’un axe X. Le tube à flamme 1 est monobloc et comporte une paroi annulaire radialement interne 2 et une paroi annulaire radialement externe 3, reliées l’une à l’autre par une paroi d’extrémité ou de tête 4, la paroi interne 2, la paroi externe 3 et la paroi d’extrémité 4 définissant un volume interne 5.
Une partie de ladite paroi d’extrémité 4 forme une double paroi 6 comprenant une première partie 7 et une seconde partie 8 reliées l’une à l’autre et écartées l’une de l’autre de manière à délimiter un canal 9 d’écoulement d’un flux d’air de refroidissement débouchant dans ledit volume interne 5.
La seconde partie 8 de la double paroi 6 est située du côté du volume interne 5 du tube à flamme 1. La seconde partie 8 comporte une première extrémité, radialement externe, reliée à la première partie 7 de la double paroi 6 et une seconde extrémité libre 8a, radialement interne, au niveau de laquelle le canal 9 d’écoulement du flux d’air de refroidissement débouche dans ledit volume interne 5.
Les première et seconde parties 7, 8 de la double paroi 6 sont reliées par des zones de liaison ou pontets 10 s’étendant dans le canal d’écoulement 9.
Comme cela est mieux visible aux figures 3 à 7, chaque pontet 10 s’étend selon un axe et comporte une première extrémité 11 (figure 6) reliée à la première partie 7 de la double paroi 6 et une seconde extrémité 12 reliée à la seconde partie 8 de la double paroi 6. Chaque pontet 11 présente une forme générale évasée, ici en direction de la seconde partie 8.
Dans les formes de réalisation représentées aux figures 3 à 7, chaque pontet 10 comporte une première zone tronconique 10a située du côté de la première partie 7 et une seconde zone tronconique 10b située du côté de la seconde partie 8. La seconde zone tronconique 10b est plus évasée que la première zone tronconique 10a. En d’autre terme, l’angle de cône de la seconde zone tronconique 10b est plus important que l’angle de cône de la première zone tronconique 10a. Les pontets 10 peuvent également comporter des congés ou des zones arrondies reliant au moins l’une des extrémités 11, 12 à la partie correspondante 7, 8 de la double paroi 6.
Les pontets 10 sont agencées en rangées, les rangées étant décalées radialement et/ou axialement les unes des autres. Les pontets 10 d’une même rangée sont régulièrement répartis sur la circonférence, autour de l’axe X.
Les pontets 10 sont agencées en rangées, les rangées étant décalées radialement et/ou axialement les unes des autres. Les pontets 10 d’une même rangée sont régulièrement répartis sur la circonférence, autour de l’axe X.
La longueur des pontets 10, leur diamètre et/ou leur espacement les uns par rapport aux autres peuvent varier au sein de la double paroi 6. Des pontets 10 plus longs, présentant un diamètre plus faible et/ou plus espacés les uns des autres, peuvent être situés dans les zones nécessitant une meilleure circulation de l’air au sein du canal correspondant, par exemple.
Ledit canal d’écoulement 9 comporte des ouvertures d’entrée d’air 13 formées par des multiperforations ménagées dans la première partie 7 de la double paroi 6 Les multiperforations 13 sont régulièrement réparties le long de la surface de la première partie 7, entre les premières extrémités 11 des pontets 10.
Le tube à flamme 1 comporte en outre une paroi de guidage 15 d’un flux d’air de refroidissement délimitant un canal 16 de guidage d’air de refroidissement avec la paroi d’extrémité, ledit canal 16 débouchant dans le volume interne 5 parallèlement à la paroi d’extrémité 4. Ledit canal 16 de guidage d’air comporte également des multiperforations 17 formant des entrées d’air et des zones de liaison ou pontets 18 reliant la paroi de guidage 15 et la paroi d’extrémité 4. Le canal de guidage 16 débouche radialement vers l’intérieur et est apte à former un film d’air venant lécher la paroi d’extrémité 4.
La paroi radialement interne 2 et la paroi radialement externe 3 comportent également respectivement une bride de fixation interne 19 et une bride de fixation externe 20, situées axialement à l’opposé de la paroi d’extrémité 4.
Chaque bride de fixation 19, 20 comporte des multiperforations 21 à proximité de la zone de liaison entre la bride correspondante 19, 20 et la paroi interne ou externe 2, 3 correspondante.
La paroi externe 3 comporte en outre une ouverture circulaire 25, entourée par un rebord 26. L’ouverture 25 est destinée au montage de moyens d’injection de carburant non représentée. Une douille 27 est montée par sertissage ou décolletage dans ladite ouverture 25. Le diamètre interne de la douille 27 peut être obtenu par usinage.
Le tube à flamme 1 est réalisé de façon monobloc, c’est-à-dire d’une seule pièce, (à l’exception de la douille qui n’appartient pas au tube à flamme monobloc), par fabrication additive, en particulier par frittage ou fusion sélective de poudre, par exemple à l’aide d’un faisceau laser ou d’un faisceau d’électrons.
Un tel procédé comprend une étape durant laquelle est déposée, sur un plateau de fabrication, une première couche de poudre d'un métal ou d'un alliage métallique d'épaisseur contrôlée, puis une étape consistant à chauffer avec un moyen de chauffage (un faisceau laser ou un faisceau d'électrons) une zone prédéfinie de la couche de poudre, et de procéder en répétant ces étapes pour chaque couche supplémentaire, jusqu'à l'obtention, tranche par tranche, de la pièce finale.
La zone de la première partie 7 de la double paroi 6 peut être attachée au plateau puis détachée, par exemple par usinage, afin de séparer la pièce 1 fabriquée du plateau.
Un outillage et un procédé de fabrication d'une pièce par fusion sélective ou frittage sélectif de poudre sont par exemple décrits dans la demande de brevet français FR 3 030 323 au nom de la Demanderesse.
Le tube à flamme 1 monobloc peut ainsi être réalisé par empilement de couches, la direction d’empilement des couches étant parallèle à l’axe X du tube à flamme 1.
Les couches ont des épaisseurs comprises par exemple entre 20 et 80 microns.
Le tube à flamme 1 est par exemple réalisé en un alliage à base de cobalt ou de nickel.
Les différentes zones du tube à flamme monobloc 1 ont de préférence ont inclinaison faible avec l’axe d’empilement des couches. Ainsi, à l’exception du rebord 26 et d’une partie de la paroi d’extrémité 4, les autres zones du tube à flamme 1 forme un angle inférieur à 60°, avec la direction d’empilement des couches. Des supports d’édification peuvent être utilisés pour les zones présentant une inclinaison supérieure, comme cela est connu en soi.
Claims (9)
- Procédé de fabrication d’un tube à flamme (1) pour une turbomachine, ledit tube à flamme (1) s’étendant autour d’un axe (X) et comportant une paroi annulaire radialement interne (2) et une paroi annulaire radialement externe (3), reliées l’une à l’autre par une paroi d’extrémité (4) ou de tête, la paroi interne (2), la paroi externe (3) et la paroi d’extrémité (4) définissant un volume interne (5), au moins une partie de ladite paroi d’extrémité (4) formant une double paroi (6) comprenant une première partie (7) et une seconde partie (8) reliées l’une à l’autre et écartées l’une de l’autre de manière à délimiter un canal (9) d’écoulement d’un flux d’air de refroidissement débouchant dans ledit volume interne (5), ledit canal d’écoulement (9) comportant au moins une ouverture d’entrée d’air (13), les première et seconde parties (7, 8) de la double paroi (6) étant reliées par des zones de liaison ou pontets (10) s’étendant dans le canal d’écoulement du flux d’air de refroidissement (9), ledit tube à flamme (1) étant réalisé par fabrication additive.
- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube à flamme (1) est réalisé par frittage ou fusion sélective de poudre, par exemple à l’aide d’un faisceau laser ou d’un faisceau d’électrons.
- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu’au moins une zone de liaison ou pontet (10) comporte au moins une zone tronconique ou évasée (10a, 10b).
- Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la zone tronconique ou évasée (10a, 10b) s’évase de la première partie (7) vers la seconde partie (8) de la double paroi (6).
- Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu’au moins une zone de liaison ou pontet (10) comporte au moins une première zone conique ou évasée (10a), située du côté de la première partie (7) et une seconde zone conique ou évasée (10b), située du côté de la seconde partie (8), la seconde zone conique ou évasée (10b) présentant un angle d’évasement supérieur à l’angle d’évasement de la première zone conique ou évasée (10a).
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les zones de liaisons ou pontets (10) sont agencées sous la forme d’au moins une rangée s’étendant circonférentiellement.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la première partie (7) de la double paroi (6) comporte des multiperforations (13) débouchant dans le canal (9) d’écoulement du flux d’air de refroidissement, lesdites multiperforations (13) formant des ouvertures (13) d’entrée d’air.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le tube à flamme est réalisé par empilement de couches, la direction d’empilement des couches étant parallèle à l’axe (X) du tube à flamme (1).
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le tube à flamme (1) est réalisé en un alliage à base de cobalt ou de nickel.
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