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FR3028882A1 - Procede de realisation d'un revetement abradable multicouches avec structure tubulaire integree, et revetement abradable obtenu par un tel procede - Google Patents

Procede de realisation d'un revetement abradable multicouches avec structure tubulaire integree, et revetement abradable obtenu par un tel procede Download PDF

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FR3028882A1 FR1461247A FR1461247A FR3028882A1 FR 3028882 A1 FR3028882 A1 FR 3028882A1 FR 1461247 A FR1461247 A FR 1461247A FR 1461247 A FR1461247 A FR 1461247A FR 3028882 A1 FR3028882 A1 FR 3028882A1
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Abstract

Procédé de réalisation d'un revêtement abradable (12) pour carter (10) de soufflante de turbomachine, comprenant les étapes suivantes : le dépôt d'au moins une première couche (16) de matériau abradable sur une piste d'abradable (14) d'un carter de soufflante, l'insertion d'au moins une structure à cellules tubulaires (18) dans la première couche de matériau abradable de sorte que le matériau abradable de la première couche remplisse au moins partiellement l'ensemble des cellules tubulaires de ladite structure à cellules tubulaires, le dépôt d'au moins une deuxième couche (20) de matériau abradable de sorte à immerger complètement la structure à cellules tubulaires dans le matériau abradable des première et deuxième couches, et la solidification des première et deuxième couches de matériau abradable. L'invention concerne également un revêtement abradable (12) obtenu par un tel procédé.

Description

1 Arrière-plan de l'invention La présente invention concerne un procédé de réalisation d'un revêtement abradable destiné à être utilisé sur un carter de soufflante de turbomachine. Les parties mobiles d'une turbomachine, en particulier les aubes de soufflante destinées à créer une partie du flux gazeux entrant dans une turbomachine, doivent être mises en contact intime avec le carter de la soufflante notamment pour éviter des phénomènes indésirables, comme par exemple un décollement de couche limite. Des revêtements abradables destinés à être usés par contact par le sommet de ces aubes mobiles sont ainsi généralement disposés sur la face interne d'un carter de soufflante afin de pallier cet inconvénient et d'assurer un meilleur rendement de la turbomachine. Les revêtements abradables utilisés traditionnellement sont constitués d'une couche de matériau abradable qui est déposée sur des pistes d'abradable situées sur le carter de soufflante en regard du sommet des aubes mobiles. La couche de matériau abradable est déposée sur une piste d'abradable puis calandrée à une épaisseur prédéterminée et finalement solidifiée, par exemple par polymérisation à chaud. On connait aussi du document EP 1413771 un revêtement abradable comportant une plaque réalisée en matériau nids d'abeilles et un revêtement disposé sur la face de la plaque tournée en direction opposée aux aubes et muni de trous débouchant dans des cellules de la plaque formant notamment des cellules ouvertes. Par ailleurs, le carter de soufflante, au vu de sa localisation, peut être soumis à des impacts d'objets à grande vitesse, comme des morceaux de glace. Les impacts d'objets créent une onde de compression qui provoque des efforts de cisaillement se propageant à l'interface entre le carter et le revêtement abradable sur des longueurs importantes. Dans le cas des revêtements précités, ces impacts peuvent engendrer des dommages importants comme des décollements de grandes surfaces de revêtement abradable et mettre ainsi le carter à nu. Ces décollements réduisent l'efficacité globale de la turbomachine, et nécessitent un entretien important et régulier qui consiste souvent à remplacer la totalité 3028882 2 de la piste d'abradable qui a été endommagée. Les opérations d'entretien sont généralement lourdes et coûteuses, le volume de matériau à remplacer pouvant être important, en particulier sur les nouveaux types de turbomachines dans lesquels des carters de soufflante « à grand jeu » 5 nécessitent un revêtement abradable qui peut avoir une épaisseur jusqu'à quatre fois plus importante que dans les modèles précédents. Il existe donc un besoin de disposer d'un procédé de réalisation d'un revêtement abradable qui minimise les inconvénients précités.
10 Objet et résumé de l'invention La présente invention a pour but de fournir un procédé de réalisation d'un revêtement abradable qui permette de réduire les dégâts causés par des impacts d'objets à grande vitesse sur un carter de 15 soufflante de turbomachine, et ainsi réduire la fréquence et le coût des réparations du revêtement abradable. Ce but est atteint grâce à un procédé de réalisation d'un revêtement abradable pour carter de soufflante de turbomachine, comprenant les étapes suivantes : 20 le dépôt d'au moins une première couche de matériau abradable sur une piste d'abradable d'un carter de soufflante, l'insertion d'au moins une structure à cellules tubulaires dans la première couche de matériau abradable de sorte que le matériau abradable de la première couche remplisse au moins partiellement 25 l'ensemble des cellules tubulaires de ladite structure à cellules tubulaires, le dépôt d'au moins une deuxième couche de matériau abradable de sorte à immerger complètement la structure à cellules tubulaires dans le matériau abradable des première et deuxième couches, et 30 la solidification des première et deuxième couches de matériau abradable. La surface supérieure de la structure à cellules tubulaires délimite une interface à l'intérieur du matériau abradable qui permet de limiter le décollement du revêtement à une couche superficielle de 35 matériau abradable lors d'un impact. La deuxième couche de matériau abradable peut ainsi avoir un rôle sacrificiel et protéger la première 3028882 3 couche de matériau abradable sous-jacente. Dans ce cas, le carter n'est pas à nu et la réparation de la partie d'abradable décollée suite à un impact peut se faire localement sans nécessiter de remplacer toute la piste d'abradable concernée. En outre, le volume de matériau abradable à 5 réparer est réduit grâce à cette disposition. De préférence, le procédé comprend aussi une étape de réalisation de rainures et/ou de motifs répartis sur la surface de la structure débouchant au niveau d'une surface de la structure à cellules tubulaires opposée à la piste d'abradable.
10 Dans ce cas, les rainures et motifs réalisés dans la structure (par exemple par usinage) permettent d'amortir encore plus efficacement les efforts de cisaillement créés lors d'un impact dans la deuxième couche de matériau abradable, et limitent ainsi la surface de matériau abradable qui serait susceptible de se décoller.
15 La structure à cellules tubulaires peut avoir une épaisseur sensiblement égale à celle de la première couche de matériau abradable. Avec cette configuration, l'interface entre la première couche de matériau abradable et la deuxième couche de matériau abradable se confond avec la surface de la structure à cellules tubulaires qui est 20 opposée à la piste d'abradable. Ainsi, si un décollement a lieu suite à un impact, il sera préférentiellement localisé à cette interface, évitant plus efficacement d'abîmer la structure à cellules tubulaires sous-jacente et réduisant l'ampleur des réparations nécessaires. De préférence également, la structure à cellules tubulaires 25 comporte des cellules tubulaires en forme de nids d'abeilles. Les structures à cellules tubulaires de type nids d'abeilles, connues en soi, ont l'avantage d'être facilement disponibles et peu coûteuses. De préférence encore, la structure à cellules tubulaires est 30 constituée de plusieurs panneaux distincts possédant chacun des tailles de cellules tubulaires différentes. Ainsi, on dispose d'un revêtement abradable qui aura des propriétés différentes selon son positionnement sur le carter. Par exemple, en amont ou en aval de la veine d'écoulement, la taille des cellules peut 35 être différente selon la propension de la zone à être impactée par des 3028882 4 objets de tailles plus ou moins importantes, ou selon la géométrie des aubes de soufflante. Préférentiellement, la structure à cellules tubulaires a une épaisseur comprise entre 10% et 50% d'une épaisseur finale du 5 revêtement abradable. Dans ce cas, la couche superficielle de matériau abradable est suffisamment épaisse pour assurer une bonne abradabilité au contact des aubes tout en évitant que ce soit la première couche de matériau abradable dans laquelle est insérée la structure tubulaire qui soit usée par 10 les aubes de soufflante. Le matériau abradable de la première couche est de préférence identique à celui de la deuxième couche. L'invention a également pour objet un revêtement abradable pour carter de soufflante de turbomachine qui comporte au moins une 15 structure à cellules tubulaires complètement immergée dans un matériau abradable. De préférence, la structure à cellules tubulaires complètement immergée dans un matériau abradable comporte des rainures et/ou des motifs débouchant au niveau d'une surface de ladite structure.
20 L'invention a encore pour objet un carter de turbomachine comportant un revêtement abradable tel que défini précédemment ou réalisé par un procédé tel que décrit précédemment, et une turbomachine comportant un tel carter.
25 Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout 30 caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 est une vue très schématique d'une turbomachine ; - la figure 2 est une vue en coupe axiale agrandie montrant un profil de carter de soufflante pour une turbomachine telle que celle de la figure 1 ; 35 - les figures 3A, 3B et 3C sont des vues schématiques décrivant différentes étapes de réalisation d'un revêtement abradable pour 3028882 5 un carter de soufflante de turbomachine selon un mode de réalisation de l'invention ; - les figures 4A et 4B sont des vues en coupe schématiques d'une même partie d'un revêtement abradable selon une variante de 5 réalisation de l'invention ; et - la figure 5 est une vue schématique d'une partie d'un revêtement abradable selon une autre variante de réalisation de l'invention.
10 Description détaillée de l'invention L'invention sera décrite ci-après dans le cadre de son application à la réalisation d'un revêtement abradable pour carter de soufflante de turbomachine.
15 Une telle turbomachine, comme montré très schématiquement par la figure 1 comprend, de l'amont vers l'aval dans le sens de l'écoulement du flux gazeux, une soufflante 1 disposée en entrée du moteur, un compresseur 2, une chambre de combustion 3, une turbine haute-pression 4 et une turbine basse pression 5. Les turbines HP et BP 20 sont couplées respectivement au compresseur et à la soufflante par des arbres coaxiaux respectifs. La turbomachine est logée à l'intérieur d'un carter comprenant plusieurs parties correspondant à différents éléments du moteur. Ainsi, la soufflante 1 est entourée par un carter de soufflante 10.
25 La figure 2 montre un profil de carter de soufflante 10. La surface interne 11 du carter définit la veine d'entrée d'air. Elle est munie d'un revêtement abradable 12 selon l'invention déposé sur une piste d'abradable 14 du carter au droit de la trajectoire des sommets d'aubes de la soufflante, une aube 6 étant partiellement montrée de façon très 30 schématique. La figure 3A illustre une première étape d'un procédé selon l'invention, et montre un carter 10 de soufflante possédant une surface interne 11 et une piste d'abradable 14 destinée à accueillir un revêtement abradable.
35 Selon l'invention, une première couche de matériau abradable 16 est déposée sur la piste d'abradable 14 du carter 10. On peut procéder 3028882 6 ensuite au calandrage de cette couche à une hauteur prédéterminée e qui est inférieure à la hauteur finale I_ (figure 3C) souhaitée pour le revêtement abradable 12. Le matériau abradable de cette première couche peut 5 comprendre, par exemple, une résine époxy ou une résine de silicone dont la solidification nécessitera une polymérisation à chaud. Une fois la première couche de matériau abradable 16 déposée et calandrée sur la piste d'abradable 14, on insère une structure à cellules tubulaires 18 dans la première couche de matériau abradable 16 comme 10 montré sur la figure 3B. Le matériau abradable de la première couche 16 remplit au moins partiellement l'ensemble des cellules tubulaires de la structure à cellules tubulaires 18. Il est possible d'effectuer, comme précédemment, une étape de calandrage supplémentaire pour obtenir une homogénéité de matériau abradable dans l'ensemble des cellules de la 15 structure à cellules tubulaires 18. La structure à cellules tubulaires 18 montrée à titre d'exemple sur les figures 3B et 3C est du type à nids d'abeille et possède une surface interne 19 opposée à la piste d'abradable 14 du carter 10. Plus précisément, sur l'exemple de la figure 3B, l'épaisseur de la structure à 20 cellules tubulaires est égale à l'épaisseur e de la première couche de matériau abradable 16 déposée sur la piste d'abradable 14. De façon connue en soi, les structures à cellules tubulaires 18 de type nids d'abeilles peuvent être composées d'une base de fibres aramides coupées et d'un liant en polymère aramide, ou bien encore en 25 polypropylène, en aluminium ou tout autre base métallique. Selon une particularité de l'invention, la structure à cellules tubulaires 18 peut avoir une épaisseur comprise entre 10% et 50% de l'épaisseur finale L du revêtement abradable. Une fois la structure à cellules tubulaires 18 insérée dans la 30 première couche 16 et un éventuel calandrage effectué, une deuxième couche 20 de matériau abradable est déposée de sorte que la structure à cellules tubulaires 18 soit complètement immergée dans le matériau abradable des première 16 et deuxième 20 couches, comme visible sur la figure 3C. En d'autres termes, la structure à cellules tubulaires 18 est 35 entièrement noyée dans le matériau abradable des première et deuxième couches, toutes les cellules étant non débouchant. Un calandrage peut 3028882 7 ensuite être réalisé pour obtenir une épaisseur finale prédéterminée L du revêtement abradable 12. On notera qu'il est avantageux d'utiliser le même matériau abradable pour réaliser les première et deuxième couches de matériau 5 abradable 16, 20. Après avoir déposé les deux couches 16, 20 de matériau abradable dans lesquelles est noyée la structure à cellules tubulaires 18, l'étape suivante consiste à solidifier les matériaux abradables déposés, par exemple en effectuant une polymérisation à chaud dans le cas de résines 10 époxy ou silicone. Alternativement, il est aussi envisageable de solidifier la première couche 16 de matériau abradable une fois la structure à cellules tubulaires en place, puis de solidifier la deuxième couche 20 de matériau abradable une fois qu'elle a été déposée et éventuellement calandrée à 15 l'épaisseur finale L du revêtement abradable. Sur les figures 4A et 4B, le revêtement abradable 12' selon une variante de réalisation de l'invention comporte deux couches de matériau abradable 16', 20' dans lesquelles est immergée complètement une structure à cellules tubulaires 18' du type nids d'abeilles. Comme décrit 20 précédemment, l'épaisseur e de la structure tubulaire 18' est sensiblement égale à l'épaisseur de la première couche de matériau abradable, et comprise entre 10% et 50% de l'épaisseur finale L du revêtement abradable. Dans ce mode de réalisation, la structure tubulaire 18' a été 25 préalablement usinée pour réaliser des rainures et/ou des motifs 22a, 22b, 22c, 22d, débouchant au niveau de la surface interne 19' opposée à la piste d'abradable 14. Ces rainures ou motifs sont sensiblement perpendiculaires à la surface interne 19' de la structure à cellules tubulaires 18' comme montré sur la figure 4B. Comme illustré sur les 30 figures 4A et 4B, les rainures et les motifs 22a, 22b, 22c, 22d peuvent être de formes géométriques et de profondeurs variées. Il est cependant possible d'effectuer des rainures ou des motifs 22a, 22b, 22c, 22d qui sont identiques et espacés régulièrement sur la circonférence du revêtement abradable 12 le long de la périphérie du carter 10.
35 Le revêtement abradable 12" selon encore un autre mode de réalisation de l'invention représenté sur la figure 5 comprend deux 3028882 8 structures à cellules tubulaires distinctes 18"a et 18"b qui sont ajustées l'une contre l'autre et qui possèdent des tailles de cellule a, b différentes. Pour réaliser un tel revêtement, on insère les deux panneaux 18"a, 18"b dans une première couche de matériau abradable, puis on immerge 5 complètement les deux panneaux dans du matériau abradable en déposant une deuxième couche de matériau abradable. La structure à cellules tubulaires 18"a est par exemple positionnée sur une partie amont de la piste d'abradable 14 du carter et la structure à cellules tubulaires 18"b est positionnée sur une partie aval de 10 la piste d'abradable 14 du carter.

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de réalisation d'un revêtement abradable (12,12',12") pour carter (10) de soufflante de turbomachine, comprenant les étapes suivantes : le dépôt d'au moins une première couche (16,16') de matériau abradable sur une piste d'abradable (14) d'un carter de soufflante, l'insertion d'au moins une structure à cellules tubulaires (18,18',18"a,18"b) dans la première couche de matériau abradable de sorte que le matériau abradable de la première couche remplisse au moins partiellement l'ensemble des cellules tubulaires de ladite structure à cellules tubulaires, le dépôt d'au moins une deuxième couche (20,20') de matériau abradable de sorte à immerger complètement la structure à cellules 15 tubulaires dans le matériau abradable des première et deuxième couches, et la solidification des première et deuxième couches de matériau a brada ble. 20
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre une étape de réalisation de rainures et/ou de motifs répartis sur la surface de la structure (22a,22b,22c,22d) débouchant au niveau d'une surface (19,19') de la structure à cellules tubulaires opposée à la piste d'abradable. 25
  3. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la structure à cellules tubulaires a une épaisseur (e) sensiblement égale à celle de la première couche de matériau abradable (16,16'). 30
  4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la structure à cellules tubulaires comporte des cellules tubulaires en forme de nids d'abeilles. 35
  5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la structure à cellules tubulaires est constituée de 3028882 10 plusieurs panneaux distincts (18"a,18"b) possédant chacun des tailles de cellules tubulaires (a,b) différentes.
  6. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, 5 caractérisé en ce que la structure à cellules tubulaires a une épaisseur (e) comprise entre 10% et 50% d'une épaisseur finale du revêtement abradable (L).
  7. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, 10 caractérisé en ce que le matériau abradable de la première couche est identique à celui de la deuxième couche.
  8. 8. Revêtement abradable pour carter de soufflante de turbomachine, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une structure à 15 cellules tubulaires complètement immergée dans un matériau abradable.
  9. 9. Revêtement abradable selon la revendication 8, caractérisé en ce que la structure à cellules tubulaires comporte des rainures et/ou des motifs (22a,22b,22c,22d) débouchant au niveau d'une surface 20 (19,19') de ladite structure.
  10. 10. Carter de turbomachine comportant un revêtement abradable selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, ou obtenu selon un procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 7. 25
  11. 11. Turbomachine comportant un carter selon la revendication 10.
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