L'invention concerne un procédé de traitement de surface et de mise en précontrainte de compression par grenaillage de la paroi d'au moins une alvéole annulaire sensiblement en forme de queue d'aronde, formée à la périphérie d'une jante de rotor, ladite alvéole annulaire débouchant à l'extérieur par une embouchure latérale annulaire et présentant au moins deux extrémités d'alvéole qui débouchent dans respectivement au moins une ouverture d'introduction d'aubes.

En particulier, il est nécessaire de mettre en précontrainte de compression la paroi d'une alvéole annulaire d'attache marteaux des aubes sur un rotor de turbomachine pouvant contenir des pieds d'aubes dont les lignes de contact entre l'alvéole annulaire et chaque pied d'aube sont fortement sollicités. En effet, en fonctionnement, les aubes de turbine ou de soufflantes bloquées dans une alvéole annulaire par différents moyens, sont soumises à des forces centrifuges considérables entraînant une usure par frottement importante au niveau de ces lignes de contact. Cette usure par frottement réduit la durée de vie des pièces en exploitation et entraîne régulièrement leur changement.

Pour augmenter la résistance en fatigue du rotor de turbine et durcir la surface des alvéoles annulaires au voisinage des lignes de contact, il est connu de grenailler les alvéoles annulaires au moyen de billes éjectées par une buse à air comprimé introduite dans chaque alvéole. Les billes provoquent une mise en compression permanente de la surface traitée sur une faible épaisseur afin de s'opposer à l'apparition et à la progression des fissures à la surface de la pièce.

Ces buses ne peuvent projeter que des microbilles dont le diamètre est inférieur à 1mm, et typiquement compris entre 0,3mm et 0,5mm. En outre, la répartition des billes, tant en position qu'en vitesse, se fait selon une gaussienne.

Ce procédé est nécessairement long, car la surface totale de la cavité n'est traitée que par une succession de traitements locaux qui peuvent, en outre, introduire des déformations locales intempestives et l'incrustation de résidus de billes.

De plus, le grenaillage effectué est faible pour ne pas générer une rugosité trop élevée au voisinage de la zone traitée, ce qui entraîne un durcissement de la surface limité. En effet, le diamètre des billes projetées étant petit, plus le grenaillage est fort, plus la dégradation de l'état de surface est importante.

Enfin, le procédé mettant en oeuvre de nombreux paramètres est peu contrôlable et difficilement reproductible.

Le but de l'invention est de proposer un procédé de grenaillage d'alvéoles annulaires de rotor de turbine, qui permette de créer des précontraintes reproductibles sur toutes les alvéoles, dans un temps plus court, tout en permettant un grenaillage plus fort, c'est-à-dire une épaisseur de mise en compression de la surface plus importante sans toutefois introduire de déformation et en limitant la dégradation de la surface traitée. L'invention atteint son but par le fait que le procédé de grenaillage est réalisé par ultrasons et comporte les étapes suivantes :

• a) on place une dose de billes d'un diamètre déterminé sur une surface vibrante d'une sonotrode préalablement disposée dans une position intermédiaire dans un fourreau entourant ladite surface vibrante, ledit fourreau comportant des moyens d'obturation opposés susceptibles de coulisser dans l'alvéole,
• b) on place l'ouverture d'introduction en regard de ladite sonotrode,
• c) on déplace sensiblement verticalement et ensemble ladite sonotrode et ledit fourreau vers ladite ouverture d'introduction d'aubes pour les placer dans une position de grenaillage dans laquelle les moyens d'obturation sont en regard des extrémités d'alvéole débouchant dans ladite ouverture,
• d) on fait tourner la jante de rotor autour de son axe de rotation disposé à l'horizontale de manière à amener les moyens d'obturation dans une première extrémité d'alvéole de manière à former une enceinte mobile fermée contenant les billes, et
• e) on procède au grenaillage par ultrasons de l'intégralité de la paroi en générant un brouillard de billes dans l'enceinte mobile au moyen de la sonotrode excitée par des moyens de production d'oscillations ultrasonores et en faisant tourner régulièrement la jante de rotor autour de son axe de rotation jusqu'à atteindre la deuxième extrémité d'alvéole.

Le procédé permet d'obtenir une répartition homogène des positions des billes constituant un brouillard de billes. Les billes du brouillard de billes se déplaçant dans des directions aléatoires, elles viennent frapper les parois des cavités sous des angles variés, ce qui améliore l'état de surface par rapport aux billes projetées par une buse dans une direction privilégiée.

Le procédé n'exige qu'une faible quantité de billes. On peut donc utiliser des billes de haute qualité en terme de dureté et de géométrie, par exemple des billes de paliers à roulement en acier ou en céramique, ce qui permet de mieux préserver l'état de surface.

Avantageusement, après avoir positionné les moyens d'obturation dans l'ouverture d'introduction d'aubes, on déplace sensiblement verticalement la sonotrode, afin que la surface vibrante soit au niveau de l'embouchure latérale de l'alvéole.

Le volume dans lequel le brouillard de billes est réparti étant inférieur au volume obtenu lorsque la surface vibrante reste en dehors de l'embouchure, le procédé nécessite un temps de traitement de grenaillage plus court.

On effectue avantageusement au moins trois grenaillages successifs de la paroi, en inversant le sens de rotation de la jante de rotor à chaque approche d'une des extrémités de l'alvéole.

L'intégralité de la paroi de l'alvéole annulaire n'est pas soumise en même temps aux impacts de billes, ce qui entraîne des risques de déformation de la cavité, en particulier, de l'alvéole contenant le pied d'aube, étant donné l'importance du diamètre de la jante par rapport à son épaisseur. Le fait de traiter la paroi par trois traitements successifs permet de compenser considérablement les déformations de la jante.

Bien entendu, il est aussi possible de procéder aux trois grenaillages successifs en conservant le même sens de rotation de la jante de rotor et en arrêtant le grenaillage lorsque les joues d'obturation et la surface vibrante arrivent au voisinage d'une première extrémité d'embouchure, puis en réactivant le brouillard de billes lorsque les joues d'obturation et la surface vibrante se trouvent hors de l'ouverture d'introduction à nouveau introduites dans l'embouchure.

On place avantageusement, un déflecteur dans l'enceinte.

Le déflecteur peut être de géométrie sensiblement triangulaire avec des côtés parallèles aux portions de parois divergentes de manière à diminuer l'effet du grenaillage de la zone située entre ledit déflecteur et le fond de la cavité.

Avantageusement, après avoir grenaillé une première alvéole, on fait tourner la partie de rotor autour de son axe de rotation, de manière à amener les moyens d'obturation dans l'ouverture d'introduction d'aubes, on déplace sensiblement verticalement la sonotrode et le fourreau vers la position basse, on déplace sensiblement horizontalement l'ensemble acoustique comprenant le fourreau et la sonotrode vers l'ouverture d'introduction d'une seconde alvéole annulaire qui est amenée en regard de la sonotrode, et on positionne à nouveau la sonotrode supportant la dose de billes et le fourreau dans leur position haute de grenaillage pour grenailler ladite seconde alvéole annulaire.

A la fin du traitement, on déplace avantageusement sensiblement verticalement la sonotrode vers une position basse dans le fourreau, position dans laquelle la dose de billes est apte à être chassée de la surface vibrante vers un réservoir au travers de lumières formées dans le fourreau après le grenaillage des alvéoles annulaires formées sur la jante de rotor.

Ainsi, la dose de billes est facilement récupérée en vue d'être, soit réutilisée pour un traitement suivant, soit être remplacée.

Avantageusement, on utilise une dose de billes dont le diamètre est supérieur à 0,8mm.

Les billes utilisées dans le procédé selon l'invention ont un diamètre plus grand que le diamètre des billes susceptibles d'être projetées par une buse, de sorte que le grenaillage peut être plus fort tout en ayant une dégradation de la surface moins importante.

L'invention concerne également une installation pour mettre en oeuvre le procédé.

Selon l'invention, cette installation comporte :

• une sonotrode susceptible de projeter des billes d'un diamètre déterminé dans une enceinte mobile délimitée par une portion de paroi de l'alvéole annulaire, la surface vibrante de ladite sonotrode disposée au voisinage de l'embouchure, et un fourreau entourant la sonotrode et ayant des moyens d'obturation susceptibles de former une enceinte mobile étanche avec ladite portion de paroi, et ladite surface vibrante,
• des moyens de production d'oscillations ultrasonores susceptibles d'exciter ladite sonotrode,
• des premiers moyens pour déplacer sensiblement verticalement ladite sonotrode, et des deuxièmes moyens pour déplacer sensiblement verticalement lesdits moyens d'obturation,
• un premier jeu inférieur au diamètre des billes étant ménagé entre ladite sonotrode et ledit fourreau, et
• un deuxième jeu inférieur au diamètre des billes étant ménagé entre lesdits moyens d'obturation disposés dans ladite alvéole annulaire et l'alvéole annulaire.

L'installation peut comporter une pluralité d'ensembles acoustiques comprenant chacun une sonotrode et un fourreau, disposés autour de la jante de rotor, lesdits ensembles acoustiques étant aptes à se déplacer selon une direction axiale de la jante de rotor.

Avantageusement, l'installation comporte un troisième jeu inférieur au diamètre des billes ménagé entre ladite surface vibrante disposée dans ladite embouchure et ladite embouchure.

L'installation comporte avantageusement un quatrième jeu inférieur au diamètre des billes ménagé entre une extrémité du fourreau et l'embouchure, qui lorsque la surface vibrante n'obture pas l'embouchure permet de garantir l'étanchéité de l'enceinte.

Les différents éléments de l'installation sont agencés de sorte qu'aucune bille ne peut bloquer lesdits éléments susceptibles de se déplacer. En outre, la sonotrode et le fourreau comprenant les moyens d'obturation, ont une géométrie adaptée à la forme de la cavité à traiter. En particulier, la surface vibrante est de forme complémentaire à l'embouchure et les moyens d'obturation sont formés de manière à bien assurer l'étanchéité de l'enceinte.

Avantageusement, les deuxièmes moyens de déplacement sont susceptibles de déplacer ensemble les moyens d'obturation et la sonotrode.

Les premiers moyens de déplacement et les deuxièmes moyens de déplacement sont avantageusement aptes à être commandés simultanément.

Au départ du traitement, le fourreau et la sonotrode sont placés dans une position intermédiaire dans laquelle l'espace engendré par les moyens d'obturation dudit fourreau et la surface vibrante de ladite sonotrode constitue un réservoir pour la dose de billes. Puis, ledit fourreau et ladite sonotrode supportant la dose de billes sont déplacés conjointement à l'aide d'un même déplacement. Enfin, la sonotrode et/ou les moyens d'obturation sont susceptibles d'être déplacés individuellement, selon la géométrie de la cavité à traiter jusqu'à ce que respectivement la surface vibrante obture l'embouchure de la cavité et que les moyens d'obturation obturent les ouvertures de la cavité.

Avantageusement, l'installation comporte des moyens de support pour supporter la jante de rotor à traiter et des moyens d'entraînement desdits moyens de support pour faire tourner régulièrement l'alvéole annulaire.

L'installation comprend avantageusement des moyens pour chasser la dose de billes de la surface vibrante vers un réservoir.

Ces moyens simples, permettent de chasser la dose de bille au cours d'un traitement si nécessaire, ou à la fin de celui-ci, soit pour rafraîchir les billes, soit pour les remplacer.

Avantageusement, l'installation comporte des moyens pour déplacer sensiblement horizontalement la sonotrode et le fourreau.

Une pluralité d'alvéoles annulaires, disposées indifféremment sur une jante de rotor et ayant les mêmes sections, peut ainsi être traitée avec une même installation que l'on déplace de manière à positionner la sonotrode et le fourreau en regard de l'alvéole considérée.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront 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 vue frontale d'une jante de rotor,
• la figure 2 est une vue frontale d'une aube de soufflante disposée dans une cavité annulaire formée à la périphérie de la jante de rotor,
• la figure 3 est une vue de l'installation, le fourreau et la sonotrode étant placés en position intermédiaire,
• la figure 4 est une coupe de l'installation selon un plan médian perpendiculaire à l'axe de rotation de la jante de rotor, le fourreau et la sonotrode étant placés en position haute de grenaillage,
• la figure 5 est une coupe de la figure 4 selon la ligne V-V,
• la figure 6 est une coupe du fourreau contenant la sonotrode, dans leur position intermédiaire, et
• la figure 7 est une coupe du fourreau contenant la sonotrode dans sa position basse.

La figure 1 montre une jante de rotor 1 comportant trois alvéoles annulaires 2, formées à la périphérie de la jante de rotor 1 et réparties sur différents diamètres de ladite jante de rotor 1. Ces alvéoles annulaires 2 sont sensiblement en forme de queue d'aronde et présentent une embouchure 2A de forme sensiblement annulaire.

Afin de permettre le montage des pieds 4, sensiblement en forme de queue d'aronde, des aubes de soufflante 6 dans l'alvéole 2, ladite l'alvéole 2 présente une ouverture d'introduction 5 d'aube visible sur la figure 3.

Chaque pied d'aube 4 est monté successivement par coulissement dans l'ouverture d'introduction 5. Un ou plusieurs dispositif de fixation d'aubes (non représenté) permet de bloquer les aubes 6.

La figure 2 montre que l'appui entre les parois de la l'alvéole 2 et le pied d'aube 4 se traduit par deux lignes de contact 2B.

Le but de l'invention est de proposer un procédé et une installation pour mettre en précontrainte de compression la paroi 2C de chaque alvéole 2 et en particulier les zones des deux lignes de contact 2B, de manière à augmenter la résistance à l'usure de ces lignes de contact 2B provoquée par le frottement entre le pied d'aube 4 et la paroi de l'alvéole 2 et ainsi augmenter la résistance à la fatigue de la jante de rotor 1.

La figure 3 montre un exemple d'installation utilisée pour la mise en oeuvre du procédé et dans laquelle un seul ensemble acoustique est utilisé, ledit ensemble acoustique positionné en-dessous de la jante de rotor 1 étant susceptible de se déplacer verticalement et horizontalement.

La jante de rotor 1 est maintenue par un mandrin 7 qui peut entraîner ladite jante de rotor 1 en rotation autour de son axe de rotation 1A, disposé à l'horizontale.

Une sonotrode 8, dont la surface vibrante 8A est placée dans une position intermédiaire dans un fourreau 16,est montée mobile sous la jante de rotor 1. Une dose de billes est placée au-dessus de la surface vibrante 8a. L'ensemble acoustique comprenant la sonotrode 8 et le fourreau 16 est déplacé horizontalement jusqu'à ce que la surface vibrante 8A de la sonotrode 8 soit en regard de l'alvéole 2 à traiter.

On fait tourner la jante de rotor 1 autour de son axe 1A de manière à placer ouverture d'introduction 5 en regard de la surface vibrante 8A.

Puis, la sonotrode 8 et le fourreau 16 sont déplacés verticalement vers leur position haute de grenaillage et on fait tourner la jante de rotor pour amener la surface vibrante 8A au voisinage d'une première extrémité d'alvéole, 5A par exemple, afin que des joues d'obturation 14A et 14B formées sur le fourreau 16 se placent dans l'alvéole 2 de manière à former une enceinte mobile fermée 12.

Comme indiqué sur la figure 4, ladite enceinte mobile 12 est délimitée par la portion de paroi 2'C, la surface vibrante 8A qui obture la portion d'embouchure 2A, les joues d'obturation 14A et 14B et le fourreau 16.

L'écartement L1 entre les deux joues d'obturation 14A et 14B est sensiblement égal à l'étendue circonférentielle L2 de l'ouverture d'introduction 5.

Des billes 10 d'un diamètre compris entre 0,8mm et 5mm, préférentiellement égal à 1mm, sont projetées par la surface vibrante 8A, orientée vers le haut, de la sonotrode 8 dans l'enceinte 12.

La figure 5 montre que la surface vibrante 8A est excitée par un générateur de vibrations 18, par exemple à quartz, afin de créer un brouillard de billes 10 dans l'enceinte 12. Un déflecteur 15 qui est porté par les joues d'obturation 14A et 14B peut être placé dans le brouillard de billes 10 afin d'atténuer l'effet du grenaillage du fond de l'alvéole et augmenter le grenaillage des flancs internes de l'embouchure 21. Ledit déflecteur 15 est triangulaire avec des côtés sensiblement parallèles aux portions de paroi 2'C et au fond de l'alvéole.

Le jeu e1 ménagé entre la sonotrode 8 et le fourreau 16 est inférieur au diamètre des billes 10, de sorte qu'aucune bille 10 ne peut passer entre la surface vibrante 8A et ledit fourreau 16.

Les joues d'obturation 14A et 14B en forme en queue d'aronde ont des sections axiales sensiblement complémentaires à celles de l'alvéole 2, de sorte qu'en position haute de grenaillage, le jeu e2 ménagé entre chaque joue d'obturation 14A, 14B, et la portion de paroi 2'C à grenailler est inférieur au diamètre des billes 10. Ainsi, aucune bille 10 ne peut s'échapper hors de l'enceinte 12.

De même, lorsque la surface vibrante 8A obture l'embouchure 2A en position haute de grenaillage, un troisième jeu e3, ménagé entre la surface vibrante 8A de la sonotrode 8 et l'embouchure 2A, est inférieur au diamètre des billes 10 de sorte qu'aucune bille 10 ne peut sortir hors de l'enceinte 12. Si la surface vibrante 8A n'obture pas l'embouchure, un quatrième jeu e4 compris entre une extrémité 16A du fourreau 16 et l'embouchure 2A permet d'assurer l'étanchéité de l'enceinte 12.

Une première glissière 20 permet d'effectuer les déplacements verticaux de la sonotrode 8 en faisant coulisser ladite sonotrode 8 dans le fourreau 16. Une deuxième glissière 22, portée par un bâti 24, permet quant à elle de déplacer verticalement à la fois la sonotrode 8 et le fourreau 16. Des moyens de commande (non représentés) permettent de commander ladite première glissière 20 et ladite seconde glissière 22. Des moyens (non représentés), par exemple des rails, permettent de déplacer l'ensemble acoustique comprenant la sonotrode 8 et le fourreau 16 horizontalement, de manière à la positionner en regard d'une alvéole à traiter.

La première glissière 20 peut être portée soit par la deuxième glissière 22, comme indiqué sur la figure 5, soit par le bâti 24, auquel cas la commande des deux glissières 20 et 22 doit être synchronisée pour monter ensemble la sonotrode 8 et le fourreau 16 vers la position haute de grenaillage.

Avant de débuter l'opération de traitement d'une alvéole axiale 2, la sonotrode 8 est placée dans une position intermédiaire dans le fourreau 16, position dans laquelle l'espace délimité par le fourreau 16 et la surface vibrante 8A, constitue un récipient 26 qui permet de contenir la dose de billes 10 qui est déposée sur la surface vibrante 8A, comme représenté sur la figure 6.

Après avoir fixé la jante de rotor 1 par des moyens de maintien comprenant le mandrin 7, on déplace la sonotrode 8 et le fourreau 16 au voisinage d'une première alvéole 2 à traiter et on amène l'ouverture d'introduction 5 de ladite première alvéole 2 en regard de la sonotrode 8, en faisant tourner la jante de rotor 1 autour de son axe de rotation 1A à l'aide de moyens d'entraînement (non représentés). Les moyens d'entraînement comportent par exemple un moteur.

On déplace la sonotrode 8 et le fourreau 16 vers leur position haute de grenaillage en déplaçant simultanément, à l'aide de la glissière 22, les joues d'obturation 14A et 14B et la surface vibrante 8A dans l'ouverture d'introduction 5, puis on fait tourner la jante de rotor 1 jusqu'à ce que les deux joues 14A et 14B soient dans l'extrémité 5A par exemple. Dès lors, on procède au grenaillage de la portion de paroi 2'C de la première alvéole 2 en actionnant le générateur de vibrations 18 qui génère un brouillard de billes 10 dans l'enceinte mobile étanche 12 et on fait tourner régulièrement la jante de rotor 1 autour de son axe de rotation 1A de manière à grenailler l'intégralité de la paroi 2C.

Lorsque la première joue 14A arrive au voisinage de l'extrémité 5B d'embouchure 2A, on inverse le sens de rotation de la jante de rotor 1 et on poursuit le grenaillage de la portion de paroi 2'C jusqu'à l'autre extrémité SA d'embouchure 2A. On réitère encore une fois le processus jusqu'à atteindre à nouveau l'extrémité 5B. Il est bien entendu que le procédé peut comporter plus de trois passages de grenaillage tel que précités.

Dès que le grenaillage de la première alvéole 2 est terminé, on fait tourner la jante de rotor 1, afin que les joues d'obturation 14A, 14B se placent dans une ouverture 5 d'introduction d'aubes, on dégage la sonotrode 8 et les joues d'obturation 14A et 14B hors de l'ouverture d'introduction 5, puis on déplace horizontalement l'ensemble acoustique comprenant la sonotrode 8 et le fourreau en regard d'une deuxième alvéole 2, on recommence le traitement selon le procédé précité et ainsi de suite jusqu'à ce que le traitement de l'ensemble des alvéoles axiales 2 formées sur la jante de rotor 1 soit terminé.

A la fin du traitement, la sonotrode 8 est retirée vers sa position basse, représentée figure 7, dans laquelle on procède au dégagement de la dose de billes 10. Les billes 10 sont par exemple soufflées de la surface 8A à l'aide d'une soufflette 28 au travers de lumières 30 formées dans le fourreau 16 et récupérées dans un réservoir 32. Lesdites billes 10 peuvent ensuite être rafraîchies ou bien remplacées en vue d'un traitement ultérieur.