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Patent Searching and Data


Title:
TURBOMACHINE EXHAUST CASING AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/203126
Kind Code:
A1
Abstract:
The present application describes a casing (10), in particular an exhaust casing, for a turbomachine, comprising an inner hub (14) having an axis (A) of rotation and an outer annular ferrule (16) extending around the hub (14), said ferrule (16) being configured to define, with the hub (14), an annular flow path for a gas stream and being rigidly connected to the hub by arms (20a, 20b), the hub (14) comprising, at one longitudinal end, a scalloped annular flange comprising solid portions distributed at regular intervals about said axis and spaced apart from each other by hollow portions. The hub (14) is produced by assembling, by means of welding, several angular hub sectors (14') that are arranged circumferentially end to end around said axis, each hub sector (14') being connected to an adjacent hub sector (14') by a longitudinal weld bead (30) that extends over substantially the entire axial extent of the hub (14) and that is substantially aligned axially with a hollow portion of said flange.

Inventors:
DEBRAY, Benoit, Argémiro, Matthieu (SAFRAN AIRCRAFT ENGINES PI, Rond-Point René Ravaud - Réau, MOISSY-CRAMAYEL, 77550, FR)
FOUQUET, Dominique, Michel (SAFRAN AIRCRAFT ENGINES PI, Rond-Point René Ravaud - Réau, MOISSY-CRAMAYEL, 77550, FR)
GHOSAROSSIAN-PRILLIEUX, Grégory (SAFRAN AIRCRAFT ENGINES PI, Rond-Point René Ravaud - Réau, MOISSY-CRAMAYEL, 77550, FR)
SEVI, Guillaume (SAFRAN AIRCRAFT ENGINE PI, Rond-Point René Ravaud - Réau, MOISSY-CRAMAYEL, 77550, FR)
SULTANA, Patrick (SAFRAN AIRCRAFT ENGINES PI, Rond-Point René Ravaud - Réau, MOISSY-CRAMAYEL, 77550, FR)
VIEILLEFOND, Guy (SAFRAN AIRCRAFT ENGINES PI, Rond-Point René Ravaud - Réau, MOISSY-CRAMAYEL, 77550, FR)
Application Number:
FR2017/051167
Publication Date:
November 30, 2017
Filing Date:
May 15, 2017
Export Citation:
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Assignee:
SAFRAN AIRCRAFT ENGINES (2 boulevard du Général Martial Valin, PARIS, 75015, FR)
International Classes:
B23K15/00; B23K31/02; B64D29/06; F01D9/04; F01D25/16; F01D25/24; B23K101/00
Foreign References:
US20100111685A12010-05-06
US20060000077A12006-01-05
US20150204212A12015-07-23
US20110262277A12011-10-27
US20100111685A12010-05-06
US20060000077A12006-01-05
US20150204212A12015-07-23
US20110262277A12011-10-27
Attorney, Agent or Firm:
BARBE, Laurent et al. (41 avenue de Friedland, PARIS, 75008, FR)
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Claims:
REVENDICATIONS

1 . Carter (10), en particulier d'échappement, pour une turbomachine, comprenant un moyeu intérieur (14) ayant un axe (A) de révolution et une virole annulaire extérieure (1 6) s'étendant autour du moyeu, ladite virole étant configurée pour définir avec le moyeu une veine annulaire (18) d'écoulement d'un flux de gaz et étant reliée rigidement au moyeu par des bras (20), le moyeu comportant à une extrémité longitudinale une bride annulaire (22) festonnée comportant des parties pleines (22c1 ) régulièrement réparties autour dudit axe et espacées les unes des autres par des parties creuses (22c2), caractérisé en ce que le moyeu est réalisé par assemblage par soudage de plusieurs secteurs angulaires de moyeu qui sont disposés circonférentiellement bout à bout autour dudit axe, chaque secteur étant relié à un secteur de moyeu adjacent par un cordon longitudinal de soudure (30) qui s'étend sur sensiblement toute l'étendue axiale du moyeu et qui est sensiblement aligné axialement avec une partie creuse de ladite bride.

2. Carter (10) selon la revendication précédente, dans lequel le nombre de secteurs de moyeu (14') est égal au nombre de bras (20) du carter. 3. Carter (10) selon la revendication précédente, dans lequel chaque secteur de moyeu (14') est initialement formé d'une seule pièce avec une portion radialement interne (20a) d'un desdits bras.

4. Carter (10) selon la revendication précédente, dans lequel la portion radialement interne (20a) de chaque bras est sensiblement située entre deux parties pleines adjacentes.

5. Carter (10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque bras (20) comporte un intrados (36) et un extrados (37), chaque cordon de soudure s'étendant entre l'intrados d'un premier bras et l'extrados d'un second bras adjacent et étant situé plus proche de l'extrados du second bras que de l'intrados du premier bras.

6. Carter (10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les parties creuses (22c2) comportent chacune un bord médian (38) sensiblement rectiligne et tangent à une circonférence centrée sur l'axe A.

7. Carter (10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdits bras (20) s'étendent dans des plans sensiblement tangents à une circonférence centrée sur ledit axe (A).

8. Turbomachine, en particulier d'aéronef, comportant au moins un carter selon l'une des revendications précédentes.

9. Procédé de fabrication d'un carter(10), en particulier d'échappement, pour une turbomachine, ce carter comprenant un moyeu intérieur (14) et une virole annulaire extérieure (1 6) s'étendant autour du moyeu et d'un axe A de révolution, ladite virole étant configurée pour définir avec le moyeu une veine annulaire (18) d'écoulement d'un flux de gaz et étant reliée rigidement au moyeu par des bras (20), le moyeu comportant à une extrémité longitudinale une bride annulaire (22) festonnée comportant des parties pleines (22c1 ) régulièrement réparties autour dudit axe et espacées les unes des autres par des parties creuses (22c2), caractérisé en ce qu'il comprend une étape consistant à assembler par soudage plusieurs secteurs angulaires de moyeu qui sont disposés circonférentiellement bout à bout autour dudit axe, chaque secteur de moyeu étant relié à un secteur de moyeu adjacent par un cordon longitudinal de soudure qui s'étend sur sensiblement toute l'étendue axiale du moyeu et qui est sensiblement aligné axialement avec une partie évidée de ladite bride.

10. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le soudage est réalisé par faisceau d'électrons (34).

1 1 . Procédé selon la revendication précédente, dans lequel, pour la réalisation de chaque cordon de soudure (30), le faisceau d'électrons (34) est incliné par rapport audit axe, par exemple radialement vers l'extérieur depuis une extrémité longitudinale aval vers une extrémité longitudinale amont du carter, et est déplacé dans un plan sensiblement longitudinal passant par ledit axe et ledit cordon à réaliser sans traverser la matière de ladite bride.

Description:
Carter d'échappement de turbomachine et son procédé de fabrication

DOMAINE TECHNIQUE

La présente invention concerne un carter, en particulier d'échappement, de turbomachine d'aéronef, et son procédé de fabrication.

ETAT DE L'ART

L'état de l'art comprend notamment les documents US-A1 - 2010/1 1 1 685, US-A1 -2006/000077, US-A1 -2015/204212 et US-A1 - 201 1 /262277.

De façon connue, un carter d'échappement de turbomachine comprend un moyeu intérieur et une virole annulaire extérieure s'étendant autour du moyeu et d'un axe de révolution. La virole est configurée pour définir avec le moyeu une veine annulaire d'écoulement d'un flux de gaz et est reliée rigidement au moyeu par des bras sensiblement radiaux par rapport à l'axe précité.

Un carter d'échappement est monté en aval (par référence à l'écoulement des gaz dans la turbomachine) d'une turbine et le flux de gaz qui traverse le carter d'échappement est donc le flux de gaz de combustion sortant de la turbine.

Une turbomachine peut comprendre d'autres carters similaires tels qu'un carter intermédiaire. Un carter intermédiaire est intercalé entre un compresseur basse pression et un compresseur haute pression de la turbomachine, et est donc traversé par un flux de gaz de compresseur basse pression et destiné à alimenter le compresseur haute pression.

Ce type de carter peut comprendre à ses extrémités longitudinales des brides de fixation à d'autres organes de la turbomachine. Le moyeu du carter comporte par exemple à une extrémité longitudinale une bride annulaire festonnée comportant des parties pleines régulièrement réparties autour de l'axe de révolution et espacées les unes des autres par des parties creuses. Dans le cas d'un carter d'échappement, cette bride permet de relier le carter à un cône d'éjection de la turbomachine situé en aval. Dans la technique actuelle, un tel carter est fabriqué par assemblage de plusieurs pièces. Le moyeu est réalisé d'une seule pièce et les bras et la virole, sectorisée ou non, sont rapportés et fixés sur le moyeu.

La présente invention propose notamment un perfectionnement à la fabrication de ce type de carter.

EXPOSE DE L'INVENTION

L'invention propose à cet effet un carter, en particulier d'échappement, pour une turbomachine, comprenant un moyeu intérieur ayant un axe A de révolution et une virole annulaire extérieure s'étendant autour du moyeu, ladite virole étant configurée pour définir avec le moyeu une veine annulaire d'écoulement d'un flux de gaz et étant reliée rigidement au moyeu par des bras, le moyeu comportant à une extrémité longitudinale une bride annulaire festonnée comportant des parties pleines régulièrement réparties autour dudit axe et espacées les unes des autres par des parties creuses, caractérisé en ce que le moyeu est réalisé par assemblage par soudage de plusieurs secteurs angulaires de moyeu qui sont disposés circonférentiellement bout à bout autour dudit axe, chaque secteur étant relié à un secteur de moyeu adjacent par un cordon longitudinal de soudure qui s'étend sur sensiblement toute l'étendue axiale du moyeu et qui est sensiblement aligné axialement avec une partie creuse de ladite bride.

L'invention propose une nouvelle façon de fabriquer un carter, en particulier d'échappement, non pas au moyen d'un moyeu initialement monobloc mais d'un moyeu sectorisé, c'est-à-dire formé par assemblage de secteurs. Ces secteurs de moyeu sont soudés, de préférence par faisceau d'électrons (FE), étant données les épaisseurs de matière des éléments à souder.

De par la géométrie du moyeu, lors de la phase d'assemblage, le faisceau d'électrons peut être amené à traverser plusieurs peaux simultanément - dans la zone de la bride précitée. Le soudage FE est alors appelé « triple-peaux », le faisceau pouvant traverser simultanément trois peaux à savoir la bride, un raidisseur annulaire du moyeu et la virole. Le soudage FE est capable de cela mais la traversée d'épaisseurs multiples nécessite plus de puissance et entraîne moins de stabilité dans la qualité de soudure obtenue.

La conception de brides, telles que la bride précitée, doit prendre en compte plusieurs exigences fonctionnelles et de dimensionnement mécanique, ce qui se traduit par des épaisseurs de matière, un nombre de vis, un nombre et taille des festons ou parties creuses, conformes à des exigences de coûts et masses.

La solution proposée consiste en l'optimisation géométrique de la bride précitée pour permettre de faciliter la procédure de soudage du moyeu, notamment en limitant le nombre de peaux traversées.

Pour cela, l'épaisseur de la bride peut être augmentée pour permettre, à iso-capacité mécanique, d'élargir et d'approfondir les festons. Le positionnement angulaire des festons est optimisé pour que chaque zone de soudure entre deux secteurs de moyeu soit alignée avec un feston. Cette zone devient ainsi une zone de soudure « double-peau » (ou « mono-peau » si le faisceau d'électrons n'a pas besoin de traverser un raidisseur), ce qui permet de mieux maîtriser le soudage, en particulier FE.

Le carter selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :

- les secteurs de moyeu sont réalisés de fonderie,

- le nombre de secteurs de moyeu est égal au nombre de bras du carter,

- chaque secteur de moyeu est initialement formé d'une seule pièce avec une portion radialement interne d'un desdits bras,

- l'extrémité radialement externe de chacun desdits bras est soudée à l'extrémité radialement interne d'une portion radialement externe de ce bras,

- la portion radialement interne de chaque bras est sensiblement située entre deux parties pleines adjacentes; deux parties pleines de la bride se retrouvent ainsi situées sensiblement de part et d'autre du bras, ce qui garantit une bonne répartition des charges,

- la portion radialement interne de chaque bras est sensiblement située entre un premier plan longitudinal passant par l'axe A et une des parties pleines de ladite bride, et un second plan longitudinal passant par l'axe et une autre adjacente de ces parties pleines,

- la portion radialement interne de chaque bras est sensiblement située à mi-distance des deux parties pleines adjacentes,

- chaque bras comporte un intrados et un extrados, chaque cordon de soudure s'étendant entre l'intrados d'un premier bras et l'extrados d'un second bras adjacent et étant situé plus proche de l'extrados du second bras que de l'intrados du premier bras,

- lesdits bras s'étendent dans des plans sensiblement tangents à une circonférence centrée sur ledit axe, et

- les parties creuses comportent chacune un bord médian sensiblement rectiligne et tangent à une circonférence centrée sur l'axe A ; la position angulaire des festons ou parties creuses est ainsi optimisée pour que chaque zone de soudure entre deux secteurs de moyeu soit recouverte par un feston dans sa partie rectiligne.

La présente invention concerne également une turbomachine comportant au moins un carter tel que décrit ci-dessus.

La présente invention concerne encore un procédé de fabrication d'un carter, en particulier d'échappement, pour une turbomachine, ce carter comprenant un moyeu intérieur et une virole annulaire extérieure s'étendant autour du moyeu et d'un axe A de révolution, ladite virole étant configurée pour définir avec le moyeu une veine annulaire d'écoulement d'un flux de gaz et étant reliée rigidement au moyeu par des bras, le moyeu comportant à une extrémité longitudinale une bride annulaire festonnée comportant des parties pleines régulièrement réparties autour dudit axe et espacées les unes des autres par des parties creuses, caractérisé en ce qu'il comprend une étape consistant à assembler par soudage plusieurs secteurs angulaires de moyeu qui sont disposés circonférentiellement bout à bout autour dudit axe, chaque secteur de moyeu étant relié à un secteur de moyeu adjacent par un cordon longitudinal de soudure qui s'étend sur sensiblement toute l'étendue axiale du moyeu et qui est sensiblement aligné axialement avec une partie creuse de ladite bride.

De préférence, le soudage est réalisé par faisceau d'électrons. Les secteurs de moyeu peuvent être réalisés de fonderie, et comprennent chacun un secteur de bride.

Avantageusement, pour la réalisation de chaque cordon de soudure, le faisceau d'électrons est incliné par rapport audit axe, par exemple radialement vers l'extérieur depuis une extrémité longitudinal aval vers une extrémité longitudinal amont du carter, et est déplacé dans un plan sensiblement longitudinal passant par ledit axe et ledit cordon à réaliser sans traverser la matière de ladite bride.

Les parties creuses de la bride peuvent être soit pré-ébauchées avant assemblage du moyeu, soit usinées après assemblage. La partie qui sera ainsi réusinée (chute matière) pourra servir de « taquet » de soudure.

Cette solution permet d'améliorer la faisabilité, la stabilité et la qualité du procédé d'assemblage et donc son coût (car moins de retouche nécessaire) et permet ainsi la conception optimisée intégrée globale de la bride au moyeu.

DESCRIPTION DES FIGURES

L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels :

- la figure 1 est une demi vue schématique en coupe axiale d'une partie aval de turbomachine, et montre un carter d'échappement,

- la figure 2 est une vue schématique en perspective d'un carter d'échappement, vu de face depuis l'aval, - la figure 3 est une vue schématique en perspective d'un carter d'échappement selon l'invention, et la figure 3a montre en perspective des secteurs de moyeu qui composent ce carter,

- la figure 4 est une vue schématique partielle en coupe axiale d'un carter d'échappement,

- les figures 5 et 6 sont des vues schématiques en perspective du carter de la figure 3, et montre une bride aval de ce carter, et

- la figure 7 est une vue schématique partielle en perspective du carter d'échappement de la figure 3.

DESCRIPTION DETAILLEE

Les figures 1 et 2 représentent un carter 10, ici d'échappement, d'une turbomachine d'aéronef.

De façon classique, une turbomachine comprend un générateur de gaz comportant, d'amont en aval, dans le sens d'écoulement des flux de gaz, au moins un compresseur, une chambre de combustion, et au moins une turbine. En aval de la turbine 12 est situé le carter d'échappement 10 qui comprend pour l'essentiel un moyeu intérieur 14 et une virole annulaire extérieure 1 6 qui s'étend autour du moyeu et d'un axe A de révolution qui est l'axe longitudinal de la turbomachine. Dans la présente demande, les expressions « radiale » et « radialement » font référence à l'axe de révolution du moyeu ou du carter.

La virole 1 6 et le moyeu 14 définissent ensemble une veine annulaire 18 d'écoulement des gaz de combustion sortant de la turbine 12.

La virole 1 6 et le moyeu 14 sont reliées rigidement l'un à l'autre par des bras 20 sensiblement radiaux par rapport à l'axe A. Les bras 20 peuvent être inclinés par rapport à des plans passant par l'axe A.

Avantageusement, les bras 20 s'étendent dans des plans sensiblement tangents à une circonférence centrée sur l'axe A, comme on peut l'apprécier à la figure 2.

Le carter 10 comporte des brides 22 de fixation à d'autres éléments de la turbomachine. Ces brides de fixation 22 sont situées aux extrémités longitudinales amont et aval du carter. Dans l'exemple représenté, la virole 1 6 comprend une bride annulaire 22a, 22b à chacune de ses extrémités longitudinales amont et aval. La bride amont 22a est fixée à une extrémité aval d'un carter de la turbine 1 2 et la bride aval 22b est fixée à une extrémité amont d'une tuyère d'échappement 24.

Le moyeu 14 comporte à son extrémité longitudinale aval une bride annulaire 22c de fixation à une extrémité amont d'un cône d'échappement 26 entouré par la tuyère 24.

La bride 22c est festonnée, c'est-à-dire qu'elle comprend des parties pleines régulièrement réparties autour de l'axe A et espacées les unes des autres par des parties creuses.

Dans la technique antérieure, le carter 1 0 est fabriqué en rapportant et en fixant la virole 1 6 et les bras 1 8 sur un moyeu 14 qui est monobloc et réalisé d'une seule pièce, en général de fonderie.

La figure 3 illustre un principe de l'invention consistant à fabriquer un tel carter à partir d'un moyeu 14 sectorisé et donc formé par l'assemblage de plusieurs secteurs de moyeu 14' disposés circonférentiellement bout à bout et fixés les uns aux autres par soudage, de préférence par faisceau d'électrons ou soudage FE.

La figure 3a montre des secteurs de moyeu 14' qui comportent chacun une portion radialement interne 20a d'un bras. Le nombre de secteurs 14' est ici égal au nombre de bras 20 et chaque secteur de moyeu 14' est associé à une portion radialement interne 20a d'un bras. Le secteur de moyeu 14' et la portion de bras 20a sont formés d'une seule pièce de fonderie. Des portions radialement externes 20b des bras sont alors rapportées et fixées sur les portions 20a, et la virole, sectorisée ou non, est également rapportée et fixée sur les portions 20b. La fixation des différentes parties du carter peut être réalisée par soudage, de préférence FE.

Dans le cas d'un soudage FE et tel que représenté aux figures 3 et

4, chaque secteur de moyeu 14' est relié à un secteur de moyeu adjacent par un cordon longitudinal de soudure 30 qui s'étend sur sensiblement toute l'étendue axiale du moyeu.

Pour la réalisation de chaque cordon de soudure, le faisceau d'électrons est incliné par rapport à l'axe A, par exemple radialement vers l'extérieur depuis une extrémité longitudinale aval vers une extrémité longitudinale amont du carter, et est déplacé dans un plan sensiblement longitudinal passant par l'axe et le cordon à réaliser et qui correspond au plan de la feuille du dessin de la figure 4.

La référence 34 à la figure 4 désigne le faisceau d'électrons. Il est orienté vers la zone à souder c'est-à-dire au niveau de la zone de jonction entre deux bords longitudinaux en regard de deux secteurs de moyeu adjacents. Le faisceau 34 traverse ici successivement trois peaux ou parois, à savoir les bords à souder, un raidisseur annulaire interne 32 du moyeu, et la bride 22c. En effet, les parties pleines 22c1 de la bride 22c sont situées sur la trajectoire du faisceau et sont donc traverser par ce dernier. Ce n'est pas le cas des parties creuses 22c2. Ce cas particulier est naturellement lié à l'angle d'inclinaison du faisceau d'électrons vis-à-vis de l'axe A, mais cet angle peut être imposé par la forme générale du carter.

Comme évoqué dans ce qui précède, le soudage FE est capable de traverser plusieurs peaux mais cela nécessite plus de puissance et entraîne moins de stabilité dans la qualité de soudure obtenue.

L'invention permet de remédier à ce problème grâce à l'alignement axial du cordon de soudure 30 entre deux secteurs de moyeu 14' avec une partie creuse 22c2 de la bride festonnée 22c.

Les figures 5 à 7 permettent d'illustrer l'invention.

On constate dans ces figures que la portion radialement interne 20a de chaque bras 20 est sensiblement située entre un premier plan longitudinal P1 passant par l'axe A et une des parties pleines 22c1 de la bride, et un second plan longitudinal P2 passant par l'axe A et une autre adjacente 22c1 de ces parties pleines. Les parties pleines 22c1 sont situées à mi-distance de la portion 20a du bras. Autrement dit, les parties pleines sont placées symétriquement de part et d'autre de cette portion du bras.

Chaque bras 20 comporte un intrados 36 et un extrados 37. Chaque cordon de soudure 30 s'étend entre l'intrados d'un premier bras et l'extrados d'un second bras adjacent et est situé plus proche de l'extrados du second bras que de l'intrados du premier bras dans l'exemple représenté.

Les parties creuses 22c2 de la bride 22c comportent chacune un bord médian 38 sensiblement rectiligne et tangent à une circonférence C1 centrée sur l'axe A. Les parties pleines 22c1 comprennent également chacune un bord médian sensiblement rectiligne et tangent à une circonférence C2 centrée sur l'axe A. Ces parties pleines 22c1 sont en outre percées d'orifices 40 de passage de moyens du type vis-écrou.

La figure 7 illustre le passage du faisceau d'électrons 34 au niveau de la zone de la bride 22c. On constate que, du fait de l'alignement axial de la zone à souder avec une partie creuse 22c2 de la bride 22c, voire également du redimensionnement de la bride en particulier en épaisseur et/ou en dimension radiale, le faisceau ne traverse pas la bride 22c. Le soudage peut ainsi être du type double peau si le faisceau doit traverser le raidisseur 32, ce qui est le cas dans l'exemple représenté.