FR3084161A1 - Montage d'essai, et machine de test en fatigue vibratoire. - Google Patents

Montage d'essai, et machine de test en fatigue vibratoire. Download PDF

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Abstract

Montage d'essai (110) pour fixer une pièce présentant un tenon (68) ayant au moins une partie en queue d'aronde. Le montage comporte un support (112) et un piston (114). Le support (112) comporte deux lobes (54A,54B) se faisant face, destinés à bloquer la partie en queue d'aronde du tenon (68) entre les lobes (54A,54B). Le support (112) est configuré pour presser le piston contre le tenon (68) de manière à bloquer celui-ci contre les lobes du support. Pour cela, le support comporte une chambre hydraulique (118) dont une paroi est formée par une surface de réception de pression (114B) du piston, de telle sorte que lorsque la chambre est emplie de fluide sous pression, la pression du fluide remplissant la chambre s'applique sur la surface de réception de pression (114B) du piston, pressant ainsi le piston contre le tenon (68).

Description

DOMAINE TECHNOLOGIQUE
L'invention concerne une machine et un montage d'essais, et plus précisément une machine et un montage d'essais destinés à tester en fatigue vibratoire le comportement d'une pièce ayant un tenon comportant au moins une partie en queue d'aronde.
Le tenon est une partie de la pièce agencée en saillie, de manière à pouvoir s'emboîter dans une mortaise correspondant d'une autre pièce.
Une partie de tenon ayant une forme 'en queue d'aronde' est une partie du tenon qui présente une largeur croissante, dans le sens allant de la base du tenon à son extrémité, comme une queue d'hirondelle. Cette forme permet que, lorsque la partie en queue d'aronde est placée dans une mortaise prévue pour la recevoir, la partie en queue d'aronde est empêchée de se déplacer dans la direction allant de l'extrémité vers la base du tenon, dite direction d'extraction.
Les pièces susceptibles d'être testées au moyen du montage d'essai selon l'invention peuvent être de tous types, mais l'invention concerne principalement les aubes de turbine, notamment les aubes de turbomachines aéronautiques, dont le pied présente un tenon comportant au moins une partie en queue d'aronde.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE
Lorsqu'une aube de turbine est en exploitation, elle est soumise d'une part à des forces centrifuges, et d'autre part à des vibrations plus ou moins permanentes. Du fait de ces sollicitations, des microfissures peuvent apparaître au sein de l'aube, ces microfissures pouvant conduire à terme à la destruction de l'aube.
Pour mieux connaître le comportement d'une aube soumise à de telles sollicitations, de manière connue en soi on soumet des aubes à des tests de fatigue. Ces tests consistent à soumettre des aubes à des sollicitations représentatives de celles auxquelles elles sont exposées pendant leur exploitation, c'est-à-dire un chargement comprenant d'une part une poussée axiale représentative des forces centrifuges auxquelles sont exposées les aubes, et d'autre part des vibrations.
Afin de pouvoir réaliser ces tests, on utilise un montage d'essai sur lequel on fixe une aube à tester. Pour assurer la réussite de l'essai, l'aube doit être montée de manière parfaitement rigide sur le montage d'essai, et les conditions de fixation doivent être représentatives des conditions de fonctionnement de l'aube en exploitation.
Ces conditions de fonctionnement sont illustrées par la figure 1, qui représente une partie d'un disque de rotor 50, et une partie d'une aube 60 fixée sur le disque de rotor 50.
L'aube 60 comporte un profilé aérodynamique 62, relié à un pied d'aube 64 constitué par une plate-forme 66 et un tenon 68. Le tenon 68 est en forme de queue d'aronde, puisqu'il présente une largeur croissante dans le sens allant de la base du tenon (en haut sur la Fig.l) à l'extrémité du tenon (en bas sur la Fig.l).
Le tenon 68 présente des surfaces d'appui 70A et 70B agencées sur les deux côtés opposés du tenon, chaque surface d'appui présentant une contre-dépouille par rapport à la direction d'extraction (F) du tenon (direction dirigée vers le haut, sur la Fig.l. Cette direction correspond à la direction longitudinale de l'aube 60, et est une direction radiale lorsque l'aube est intégrée dans une roue à aubes).
Pour assurer la fixation du tenon 68, et donc de l'aube 60, le disque de rotor 50 présente un premier lobe 54A et un deuxième lobe 54B. Ces lobes 54A,54B sont configurés pour être en contact avec les surfaces d'appui 70A,70B du tenon 68 et, dans cette position, pour empêcher que le tenon 68 ne se déplace radialement dans le sens centrifuge par rapport au disque de rotor (c'est-à-dire, suivant la direction d'extraction).
Au sein du disque de rotor 50, les lobes 54A,54B délimitent donc une rainure 52, dont ils forment les côtés opposés. Cette rainure 52 est donc agencée de telle sorte que le tenon 68 puisse être placé entre les lobes, les surfaces d'appui 56A,56B des lobes 54A,54B venant alors en appui contre les surfaces d'appui 70A,70B du tenon 68.
En exploitation, l'aube 60 est soumise à des forces centrifuges dirigées suivant la direction F (direction radialement extérieure, pour la roue à aube dont fait partie l'aube 60). Sous l'effet de ces forces, les surfaces d'appui 70A et 70B du tenon 68 sont pressées contre les surfaces d'appui correspondantes 56A,56B des lobes 54A,54B, ce qui assure le blocage de l'aube 60 par rapport au disque de rotor 50.
Pour tester la résistance en fatigue d'aubes soumises à des conditions d'exploitation similaires à celles auxquelles est soumise l'aube 60, on réalise des tests de fatigue.
Les figures 2 et 3 présentent un montage d'essai 10 connu utilisé pour réaliser de tels tests. Sur ces figures, le montage 10 est représenté avec l'aube 60.
Le montage 10 est constitué principalement par les quatre pièces suivantes : un support 12, un piston 14, et deux vis de serrage 30A et 30B.
Le support 12 est configuré pour assurer le blocage de l'aube en position fixe ; le support 12 est configuré pour coopérer avec le piston 14, de manière à constituer un mors venant serrer et bloquer le pied d'aube.
Le support 12 est constitué essentiellement par un bloc de métal qui a été usiné pour lui permettre de remplir sa fonction.
Sur sa partie supérieure (représentée vers le haut sur les Figs.2 et 3), le support 12 présente une rainure profilée 20. Cette rainure 20 ne s'étend que sur une longueur légèrement supérieure à celle du pied d'aube 64. À ses deux extrémités, la rainure 20 débouche dans des parties évasées 22 du support 12, qui ont été évasées de manière à faciliter la mise en place du pied d'aube 64 dans le montage 10.
La rainure 20 présente une section sensiblement constante, et sensiblement identique à celle de la rainure 52. Le support 12 présente donc deux lobes ou mâchoires 24A et 24B, disposés respectivement de part et d'autre de la rainure 20. Comme les lobes 54A,54B du disque de rotor 50, les lobes 24A,24B sont agencés de manière à empêcher le tenon 68 de se déplacer suivant la direction d'extraction F par rapport au support 12.
Cependant, en l'absence de force centrifuge, ce blocage est seulement partiel et ne suffit pas pour immobiliser totalement l'aube 60 sont par rapport au support 12.
Pour réaliser une immobilisation complète de l'aube, le montage d'essai comporte de plus des moyens de blocage axial de l'aube 60 dans la rainure 20. Ces moyens de blocage sont configurés pour simuler l'effet de la force centrifuge en poussant l'aube (ou du moins le tenon 68) suivant la direction d'extraction et bloquer celle-ci contre les lobes 24A,24B.
Ces moyens de blocage axial sont constitués notamment par le piston 14 et les vis de serrage 30A et 30B, et fonctionnent de la manière suivante.
En regard ou en face (radialement) de l'extrémité libre du tenon 68 (lorsque celui-ci est engagé dans la rainure 20), le fond de la rainure 20 présente un passage 16 aménagé pour recevoir le piston 14 de telle sorte que celui-ci puisse coulisser suivant la direction d'extraction F. Le piston 14 a pour fonction d'appuyer sur l'extrémité du tenon 68 suivant la direction d'extraction F de manière à plaquer les faces d'appui 70A,70B du tenon 68 contre des faces d'appui correspondantes inclinées 26A,26B des lobes 24A,24B.
La pression qui est transmise au tenon 68 par le piston 14 résulte de la pression qui est appliquée au piston 14 par les vis 30A, 30B.
Ces vis sont vissées dans des trous filetés 28A, 28B qui traversent le fond du support 12 et débouchent au fond du passage 16. L'extrémité radialement extérieure des vis 30A, 30B vient en appui contre la face inférieure du piston 14. Selon le couple de vissage que l'on applique aux vis 30A,30B, on peut choisir la force avec laquelle le piston 14 appuie sur l'extrémité du tenon 68.
Les vis 30A, 30B permettent de pousser le piston 14 suivant la direction d'extraction et de bloquer les faces extérieures 70A et 70 B du tenon 68 en appui contre les surfaces d'appui correspondantes 26A,26B des lobes 24A, 24B. Cet appui produit ainsi sensiblement le même effet sur le tenon que la force centrifuge appliquée à celle-ci en exploitation, et permet avantageusement que l'aube 60 soit totalement immobilisée dans le montage 10.
Bien qu'un tel montage permette une immobilisation complète de l'aube par rapport au support 12, l'utilisation de vis comme les vis 30A, 30B n'est pas totalement satisfaisante. En effet, bien que le couple de vissage appliqué aux vis puisse être choisi assez précisément, il reste difficile cependant d'être sûr de la valeur réelle de la force de pression qui est appliquée au tenon 68 par le piston 14. De plus, une ou plusieurs des vis peut éventuellement se desserrer en cours d'essai. Enfin, les extrémités des vis qui sont au contact du piston 14 peuvent se déformer, sous l'effet de la pression et de l'énergie liée aux vibrations durant l'essai, ce qui entraîne une diminution de la force de pression qu'elles appliquent à celui-ci.
Pour ces différentes raisons, le montage d'essai 10 représenté sur les figures 2 et 3 n'est pas entièrement satisfaisant.
Il existe donc un besoin pour un montage d'essai dans lequel une pièce ayant un tenon comportant au moins une partie en queue d'aronde puisse être bloquée dans une rainure en recevant un appui à l'extrémité du tenon de manière à plaquer des faces d'appui du tenon contre les faces latérales de forme complémentaire de la rainure, et qui soit agencé de telle sorte que, au cours des essais, la force d'appui appliquée à l'extrémité du tenon conserve une valeur constante, ou du moins une valeur contrôlée.
OBJET ET RESUME DE L'INVENTION
L’objectif de l'invention indiqué ci-dessus est atteint grâce à un montage d'essai pour fixer une pièce ayant un tenon comportant au moins une partie en queue d'aronde, et présentant deux côtés opposés ; chaque partie en queue d'aronde présentant deux surfaces d'appui, agencées sur les deux côtés opposés du tenon, chaque surface d'appui présentant une contre-dépouille par rapport à une direction d'extraction du tenon.
Le montage d'essai est agencé de la manière suivante :
Le montage comporte un support et un piston, le piston étant monté de manière à pouvoir se déplacer par rapport au support.
Le support comporte, pour chaque partie en queue d'aronde du tenon, un premier lobe et un deuxième lobe configurés pour être placés en contact avec les surfaces d'appui de la partie en queue d'aronde considérée, sur les deux côtés opposés du tenon ; et, dans cette position, pour empêcher un mouvement de la partie en queue d'aronde considérée par rapport au support suivant la direction d'extraction.
Le support est configuré pour que le piston exerce un appui sur le tenon suivant la direction d'extraction de manière à bloquer celui-ci contre les lobes.
Pour permettre cet appui, le support comporte une chambre hydraulique dont une paroi est formée par une surface de réception de pression du piston, de telle sorte que lorsque la chambre est emplie de fluide sous pression, la pression du fluide remplissant la chambre s'applique sur la surface de réception de pression du piston, pressant ainsi le piston contre le tenon.
Naturellement, la chambre hydraulique est configurée pour que la pression puisse être maintenue à l'intérieur. Par conséquent, en général la chambre est étanche hormis le ou les passages de fluide prévu(s) pour mettre la chambre en communication avec d'autres composants de la machine de test. Notamment, le plus souvent un passage d'alimentation débouchant sur un raccord externe est prévu dans le support, de manière à pouvoir mettre la chambre hydraulique en communication avec un compresseur de fluide utilisé pour remplir de fluide la chambre hydraulique et maintenir la pression dans la chambre à la valeur désirée.
Le montage d'essai peut donc également comprendre en outre un compresseur apte à injecter du fluide dans la chambre hydraulique. Ce compresseur permet de maintenir dans la chambre hydraulique la pression souhaitée pour maintenir en place de manière rigide la pièce soumise à des tests. La pression souhaitée peut être une pression constante, ou encore une pression variable dans le temps pour simuler des variations des sollicitations mécaniques appliquées à la pièce testée.
Par extension, l'invention concerne également une machine de test en fatigue vibratoire, comprenant un excitateur électrodynamique apte à générer des vibrations, et un montage d'essai tel que défini précédemment, configuré pour être fixé sur l'excitateur électrodynamique. L'excitateur électrodynamique peut par exemple être un pot vibrant, ou plus généralement tout dispositif apte à générer des vibrations.
Le piston peut être agencé de différentes manières.
Dans un mode de réalisation, le support comporte un passage, dans lequel le piston est monté de manière à pouvoir coulisser suivant la direction d'extraction. Dans ce cas, le piston présente de préférence une section sensiblement constante suivant la direction d'extraction, notamment une section circulaire (c'est-à-dire une section présentant une forme extérieure circulaire).
Le passage est normalement disposé de telle sorte que le tenon puisse être placé en face de l'extrémité du passage, ce qui permet à l'extrémité du piston d'exercer un appui sur le tenon.
Dans ce cas, de préférence le piston est monté de manière étanche dans le passage, c'est-à-dire que le montage d'essai comporte un dispositif d'étanchéité, comme par exemple un ou plusieurs joints d'étanchéité, pour que le fluide ne s'infiltre pas entre le piston et la paroi du passage.
Ainsi dans un mode de réalisation, le piston comprend au moins un joint torique qui s'étend dans une gorge du piston.
Dans un mode de réalisation, le ou les premier(s) lobe(s) et le ou les deuxième(s) lobe(s) forment respectivement deux côtés d'une rainure aménagée dans le support pour recevoir le tenon.
Dans le montage défini ci-dessus, contrairement au montage 10 présenté précédemment, au lieu que le piston soit pressé et maintenu en position par des vis, il est pressé et maintenu en position par une pression de fluide appliquée au piston. Cette pression peut être choisie, en réglant ainsi librement les conditions de test souhaitées pour la pièce. Par exemple, la pression peut être maintenue constante. La pression peut également être surveillée par un capteur de pression, de telle sorte qu'à chaque instant du test, avantageusement on peut s'assurer que la force souhaitée est appliquée au piston, et donc que la force souhaitée est appliquée par le piston à l'extrémité du tenon.
Grâce à ces dispositions, le montage défini ci-dessus permet de contrôler avec une précision accrue la force appliquée au tenon dans le montage.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui suit, de modes de réalisation représentés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique partielle d'une aube fixée à un disque de rotor ;
- la figure 2 est une vue schématique en perspective d'une partie d'un montage d'essai connu ;
- la figure 3 est une vue schématique en coupe du montage d'essai de la Fig.2 ;
- la figure 4 est une vue schématique en perspective d'une partie d'une machine d'essais constituant un mode de réalisation de la présente divulgation ; et
- la figure 5 est une vue schématique en coupe du montage d'essai faisnt partie de la machine d'essais de la Fig.4.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
En faisant référence aux figures 4 et 5, une machine de test 150 comportant un montage d'essai 110 constituant un mode de réalisation de la présente divulgation va maintenant être décrite.
Sauf indication contraire, le montage d'essai 110 est identique au montage d'essai 10. Pour cette raison, les éléments ayant sensiblement la même structure et/ou la même fonction ont la même référence numérique dans le montage 10 et dans le montage 110.
La principale différence entre le montage d'essai 110 et le montage d'essai 10 réside dans les moyens utilisés pour presser le piston contre la pièce à tester (dans l'exemple présenté, cette pièce est l'aube 60).
En effet, alors que dans le montage 10, le piston 14 était pressé contre l'aube 60 par les deux vis 30A, 30B, dans le montage 110 le piston 114 est pressé contre l'aube 60 sous l'effet d'une pression de fluide.
Le montage 110 comprend un support 112 et un piston 114.
Le support 112 comporte un passage 116 et une chambre hydraulique 118 aménagée à l'intérieur du support 112. Le passage 116 est configuré pour pouvoir recevoir le piston 114 de telle sorte que celui-ci puisse coulisser dans le passage suivant une direction d'appui X. Cette direction d'appui X est la même direction que la direction d'extraction F.
A une extrémité, le passage 116 débouche en face de l'extrémité du tenon 68 : cela permet qu'une première extrémité 114A du piston 114 appuie sur le tenon 68 et bloque ainsi l'aube 60 contre les lobes 54A et 54B.
L'autre extrémité du passage 116 débouche dans la chambre hydraulique 118. Une pression constante est maintenue dans la chambre 118 pendant toute la durée des essais, par un compresseur hydraulique 120, qui injecte du fluide dans la chambre 118 via un passage d'alimentation en fluide 122. La pression du fluide contenu dans la chambre 118 s'applique sur la deuxième extrémité 114B du piston 114, dont la surface est en regard de la chambre 118. Sous l'effet de cette pression, le piston 114 est soumis à une force de pression verticale qui le pousse contre le tenon 68. Le tenon 68 est donc bloqué contre les lobes 54A et 54B, ce qui assure son maintien en position fixe pendant les essais.
Le compresseur 120 comporte des moyens de régulation prévus pour maintenir constante la pression appliquée dans la chambre 118. La valeur de cette pression est calculée pour que la force que le piston 114 applique au tenon 68 soit sensiblement égale à la « force centrifuge » qui s'applique à l'aube 60 en exploitation.
Pour faciliter sa fabrication, dans le mode de réalisation proposé le support 112 est fabriqué en deux parties : une partie principale 115 et un couvercle ou fond 126. La chambre hydraulique 118 est aménagée entre la partie principale 115 et le couvercle 126. Ainsi, du côté opposé au piston 114 la chambre 118 est fermée par le fond 126, fixé par des vis 125.
L'étanchéité de la chambre 118 est assurée par des joints : d'une part des joints 128 disposés entre la partie principale 115 et le fond 126, et d'autre part deux joints toriques 129 qui ceinturent le piston 114 en étant chacun inséré dans une gorge respective de celui-ci (le piston 114 est de forme cylindrique et sa section suivant la direction d'extraction X du tenon est circulaire). Les joints 129 permettent d'empêcher le passage de fluide entre le piston 114 et la paroi interne de la partie principale 115 du support 112, dans le passage 116.
La machine de test 150 comporte un excitateur électrodynamique 152 prévu pour appliquer des vibrations cycliques à des montages d'essais, afin de tester en fatigue des pièces montées sur ces montages.
L'excitateur 152 comporte un plateau 154 sur lequel est vissé le montage 110.
Pendant les essais de fatigue, le plateau 154 vibre. Dans l'exemple décrit précédemment, les vibrations sont transmises au montage 110 et donc à l'aube 60, ce qui permet de tester la résistance à la fatigue du pied d'aube 64 de l'aube 60, dans des conditions représentatives de celles auxquelles celle-ci est soumise en exploitation.
Quoique la présente invention ait été décrite en se référant à un exemple de réalisation spécifique, il est évident que différentes modifications et changements peuvent être effectués sur cet exemple sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. Notamment, bien que le tenon du pied d'aube de l'aube 60 présentée précédemment ait une forme relativement simple avec une seule partie en queue d'aronde, le montage d'essai selon la présente divulgation peut naturellement être configuré pour être utilisé avec des aubes ou d'autres pièces analogues dont le pied présente un tenon de 5 forme bien plus complexe, notamment une forme en « pied de sapin » avec plusieurs parties en queue d'aronde successives. En outre, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation évoqués peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un 10 sens illustratif plutôt que restrictif.

Claims (7)

  1. REVENDICATIONS
    1. Montage d'essai (110) pour fixer une pièce ayant un tenon (68) comportant au moins une partie en queue d'aronde, et présentant deux côtés opposés ;
    chaque partie en queue d'aronde présentant deux surfaces d'appui (70A,70B), agencées sur les deux côtés opposés du tenon (68), chaque surface d'appui présentant une contre-dépouille par rapport à une direction d'extraction (X) du tenon ;
    le montage comportant un support (112) et un piston (114), le piston (114) étant monté de manière à pouvoir se déplacer par rapport au support (112) ;
    le support (112) comportant, pour chaque partie en queue d'aronde du tenon, un premier lobe (54A) et un deuxième lobe (54B) configurés pour être placés en contact avec les surfaces d'appui (70A,70B) de la partie en queue d'aronde considérée, sur les deux côtés opposés du tenon ; et, dans cette position, pour empêcher un mouvement de la partie en queue d'aronde considérée par rapport au support (112) suivant la direction d'extraction ;
    le support (112) étant configuré pour que le piston exerce un appui sur le tenon (68) suivant la direction d'extraction de manière à bloquer celui-ci contre les lobes (54A,54B) ;
    le montage d'essai se caractérisant en ce que le support (112) comporte une chambre hydraulique (118) dont une paroi est formée par une surface de réception de pression (114B) du piston, de telle sorte que lorsque la chambre est emplie de fluide sous pression, la pression du fluide remplissant la chambre s'applique sur la surface de réception de pression (114B) du piston, pressant ainsi le piston contre le tenon (68).
  2. 2. Montage d'essai (110) suivant la revendication 1, dans lequel le(s)dit(s) premier(s) lobe(s) et le(s)dit(s) deuxième(s) lobe(s) (54A,54B) forment respectivement deux côtés d'une rainure (20) aménagée dans le support (112) pour recevoir le tenon (68).
  3. 3. Montage d'essai (110) suivant la revendication 1 ou 2, dont le support (112) comporte un passage (116) dans lequel le piston (114) est monté de manière à pouvoir coulisser suivant la direction d'extraction (X).
  4. 4. Montage d'essai (110) suivant la revendication 3, dans lequel le piston (114) présente une section sensiblement constante suivant la direction d'extraction (X), notamment une section circulaire.
  5. 5. Montage d'essai (110) suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant en outre un compresseur (120) apte à injecter du fluide dans la chambre hydraulique.
  6. 6. Montage d'essai (110) suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, dont le piston (114) comprend au moins un joint torique qui s'étend dans une gorge du piston.
  7. 7. Machine de test (150) en fatigue vibratoire, comprenant un excitateur électrodynamique (152) apte à générer des vibrations, et un montage d'essai (110) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, configuré pour être fixé sur l'excitateur électrodynamique (120).
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