EP0856640B1 - Joint d'étanchéité à plaquettes empilées glissant dans des fentes de réception - Google Patents

Joint d'étanchéité à plaquettes empilées glissant dans des fentes de réception Download PDF

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EP0856640B1
EP0856640B1 EP98400176A EP98400176A EP0856640B1 EP 0856640 B1 EP0856640 B1 EP 0856640B1 EP 98400176 A EP98400176 A EP 98400176A EP 98400176 A EP98400176 A EP 98400176A EP 0856640 B1 EP0856640 B1 EP 0856640B1
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Anne-Marie Arraitz
Laurent Philippe Yves Leray
Eric Stéphan Bil
Marc Roger Marchi
Michel Gérard Paul Hacault
Didier Marie Mortgat
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Safran Aircraft Engines SAS
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SNECMA Moteurs SA
SNECMA SAS
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/005Sealing means between non relatively rotating elements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00Stators
    • F01D9/02Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles

Definitions

  • the invention relates to a seal sealing whose essential element consists of a stack of pads sliding in slots reception.
  • the wafer relatively thick and rigid is replaced by a plurality of plates simply placed one on the other others and mobile in the slots, which lets slide each other. These plates, necessarily thinner than the single wafer they replace, are also more flexible. The advantages of this design will be explained below.
  • Figure 1 is a cross section a portion of a turbomachine which represents a pair stator sectors 1 each of which includes a skin outer 2, inner skin 3, two skins 2 and 3 delimiting a gas flow stream 4 and being joined by stationary vanes 5, the cross section of which is hollow.
  • the seal 7 according to the invention extends so in as many copies as necessary across each of the sets 6 and in pairs of slots 8 in extension present on sectors 1 opposite.
  • the Figure 2 which shows a longitudinal section of the stator, shows that the seals 7 can take a complicated overall layout depending on the shape of skins 2 and 3: they consist in practice of a network made up of elements arranged in several lines broken, whose ends 9 often rest on others seals 7, more or less near the end of these joints, so that the gases must take a winding path to escape through the games 6.
  • sectors 1 are retained on a single outer casing 13 by two systems 14 and 15 with flange fitted in a groove. This arrangement makes it possible to assemble the sectors 1 without linking them together, which prohibits adjust the width of the clearances 6.
  • Figure 3 shows that each of the seals 7 consists of several thin plates 10 placed the over each other and narrower than the gap between the bottoms 11 of slots 8 in extension, which their allows to slide on each other according to the deformations or displacement of sectors 1 and machine vibration and spread out in the slots 8.
  • a second advantage of the invention is precisely that the plates 10 remain placed the one on the other and on one of the walls 12 of the slots 8, on the side where the pressure is lowest. We realizes that this provision guarantees great contact surface between the seal 7 and the wall 12, that however, the leakage gases must borrow, which explains on their flow will be much lower than with previous designs.
  • the contact on the wall 12 is still improved thanks to the low rigidity of the inserts 10 thin. This circumstance is precious because it allows the plates 10 to deform to marry the actual shape of the walls 12, even if these have been performed with manufacturing inaccuracies or not are no longer completely opposite, and even if the Platelets 10 were slightly veiled at the start.

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  • Gasket Seals (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

L'invention se réfère à un joint d'étanchéité dont l'élément essentiel consiste en un empilement de plaquettes glissant dans des fentes de réception.
Elle est conçue pour combler les jeux entre des paires de secteurs de stator de turbomachine : ces pièces sont soumises à des échauffements importants au cours du fonctionnement, qui produisent des dilatations suffisamment importantes pour qu'on ne puisse pas construire un stator aux secteurs jointifs. Il faut pourtant rétablir l'étanchéité entre les secteurs du stator, qui délimitent des volumes soumis à des pressions différentes, et notamment la veine d'écoulement des gaz de la turbomachine.
La solution usuelle consiste à creuser des fentes en prolongement dans les secteurs séparés par le jeu et à installer une plaquette dans les fentes et à travers le jeu pour combler ce dernier. Elle est illustrée dans quantité de documents antérieurs dont on mentionnera les brevets français 2 452 590 et 2 597 921 ainsi que le document GB-A-1 493 913, pour ne citer que des conceptions provenant que de la demanderesse. De tels joints d'étanchéité permettent de réduire les fuites de gaz le long des jeux mais un progrès est tout de même souhaité pour accroítre le rendement des turbomachines.
Selon l'invention, la plaquette relativement épaisse et rigide est remplacée par une pluralité de plaquettes simplement posées les unes sur les autres et mobiles dans les fentes, ce qui leur permet de glisser mutuellement. Ces plaquettes, forcément plus minces que la plaquette unique qu'elles remplacent, sont aussi plus flexibles. Les avantages de cette conception seront explicités ci-dessous. Il faut cependant remarquer que des joints d'étanchéité à plaquettes ou à lamelles superposées existent déjà, et ont d'ailleurs été proposés par la demanderesse et décrits dans les brevets français 2 683 851 et 2 691 749, mais là les plaquettes ne sont pas libres de glisser mutuellement dans une paire de fentes et ne sont pas non plus mobiles entre elles dans le premier de ces brevets, elles sont comprimées dans le sens de leur longueur et repoussées au fond d'une fente par une surface lisse d'une pièce de serrage ; dans l'autre, elles font partie d'un joint dynamique, assurant l'étanchéité entre rotor et stator, et elles sont partiellement enchâssées dans un porte-joint, leur extrémité libre frottant contre une surface lisse. Les conditions.d'emploi sont donc différentes.
Venons-en à une description concrète de l'invention au moyen des figures suivantes, annexées à titre illustratif et non limitatif :
  • les figures 1 et 2 représentent la position de l'invention dans un stator de turbomachine ;
  • et les figures 3 et 4 représentent l'invention elle-même.
La figure 1 est une coupe transversale d'une portion de turbomachine qui représente une paire de secteurs de stator 1 dont chacun comprend une peau extérieure 2, une peau intérieure 3, les deux peaux 2 et 3 délimitant une veine d'écoulement des gaz 4 et étant réunies par des aubes fixes 5, dont la section est creuse. Les jeux existant entre les secteurs 1, et plus précisément entre leurs peaux 2 et 3, portent la référence 6. Le joint 7 conforme à l'invention s'étend donc en autant d'exemplaires que nécessaire à travers chacun des jeux 6 et dans des paires de fentes 8 en prolongement présentes sur les secteurs 1 en regard. La figure 2, qui représente une coupe longitudinale du stator, montre que les joints 7 peuvent prendre une disposition d'ensemble compliquée en fonction de la forme des peaux 2 et 3 : ils consistent en pratique en un réseau formé d'éléments disposés en plusieurs lignes brisées, dont les extrémités 9 s'appuient souvent sur d'autres des joints 7, plus ou moins près de l'extrémité de ces joints, de façon que les gaz doivent emprunter un trajet sinueux pour fuir à travers les jeux 6. On remarque aussi que les secteurs 1 sont retenus sur un carter extérieur 13 unique par deux systèmes 14 et 15 à collerette emboítée dans une rainure. Cette disposition permet d'assembler les secteurs 1 sans les lier entre eux, ce qui interdit de régler la largeur des jeux 6.
La figure 3 montre que chacun des joints 7 se compose de plusieurs minces plaquettes 10 posées les uns sur les autres et plus étroites que l'écart entre les fonds 11 de fentes 8 en prolongement, ce qui leur permet de glisser les uns sur les autres au gré des déformations ou des déplacement des secteurs 1 et des vibrations de la machine et de s'étaler dans les fentes 8. Un avantage de cette disposition est que les joints 7 prennent une largeur d'ensemble plus grande que celle des plaquettes 10 qui les composent, ce qui réduit les fuites de gaz contournant les plaquettes ; il est même probable que des plaquettes 10 d'un même joint 7 touchent simultanément les fonds 11 des deux fentes 8 et créent une barrière supplémentaire aux gaz à cet endroit, ce qui serait inconcevable avec une plaquette unique, à moins d'accepter qu'elle ne soit comprimée et ne fléchisse, de sorte qu'elle ne serait plus posée dans les fentes 8 et s'opposerait donc plus mal aux fuites.
Un second avantage de l'invention est précisément que les plaquettes 10 restent posées les unes sur les autres et sur une des parois 12 des fentes 8, du côté où la pression est la plus faible. On s'aperçoit que cette disposition garantit une grande surface de contact entre le joint 7 et la paroi 12, que les gaz de fuite doivent pourtant emprunter, ce qui explique sur leur débit sera beaucoup plus faible qu'avec les conceptions antérieures.
Le contact sur la paroi 12 est encore amélioré grâce à la faible rigidité des plaquettes 10 minces. Cette circonstance est précieuse, car elle permet aux plaquettes 10 de se déformer pour épouser la forme réelle des parois 12, même si celles-ci ont été exécutées avec des imprécisions de fabrication ou ne sont plus tout à fait en regard, et même si les plaquettes 10 étaient légèrement voilées au départ.
La figure 4 évoque immédiatement cet avantage en illustrant de façon exagérée les déformations et les défauts qu'on peut trouver dans les parages du joint 7 : la pression subie par les plaquettes 10 les déforme de la même façon que les parois 12.

Claims (2)

  1. Joint d'étanchéité (7) jeté à travers un jeu (6) présent entre deux secteurs (1) de stator de turbomachine, s'étendant dans des fentes (8) en prolongement des deux secteurs (1) et mobile dans les fentes (8), caractérisé en ce qu'il consiste en une pluralité de plaquettes (10) flexibles et posées les unes sur les autres de façon à pouvoir glisser mutuellement en s'étalant latéralement dans les fentes (8).
  2. Joint d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que les secteurs (1) sont des secteurs angulaires maintenus séparément sur un carter du stator et délimitant une veine d'écoulement de gaz (4).
EP98400176A 1997-01-30 1998-01-29 Joint d'étanchéité à plaquettes empilées glissant dans des fentes de réception Expired - Lifetime EP0856640B1 (fr)

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