EP2117927A2 - Joint tournant - Google Patents

Joint tournant

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Publication number
EP2117927A2
EP2117927A2 EP08787768A EP08787768A EP2117927A2 EP 2117927 A2 EP2117927 A2 EP 2117927A2 EP 08787768 A EP08787768 A EP 08787768A EP 08787768 A EP08787768 A EP 08787768A EP 2117927 A2 EP2117927 A2 EP 2117927A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotary joint
joint according
gas
pressure
zone
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08787768A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Charles De Champeaux
Philippe De Champeaux
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Individual
Original Assignee
Individual
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Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP2117927A2 publication Critical patent/EP2117927A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L27/00—Adjustable joints, Joints allowing movement
    • F16L27/08—Adjustable joints, Joints allowing movement allowing adjustment or movement only about the axis of one pipe
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/04—Helicopters
    • B64C27/12—Rotor drives
    • B64C27/16—Drive of rotors by means, e.g. propellers, mounted on rotor blades
    • B64C27/18—Drive of rotors by means, e.g. propellers, mounted on rotor blades the means being jet-reaction apparatus

Definitions

  • the invention relates to a rotary joint, a rotor and a propeller driven by the ejection of gas under pressure on a blade of the propeller comprising such a seal, and a turbine or a compressor also comprising such a seal.
  • a helicopter is known from document FR 996 034. This comprises a rotor equipped with a propeller composed of several blades. The helicopter comprises means for generating pressurized gas and gas ejection heads disposed at the ends of the blades. The ejection of pressurized gases rotates the blades and thus allows the lift and movement of the apparatus.
  • the pressurized gases must thus be conveyed from the gas generating means to the end of the blades driven in rotation via a gas conveying conduit.
  • a rotating joint to ensure continuity between the movable part and the fixed part of the pipe.
  • the rotating joints generally comprise first and second parts movable relative to each other about an axis of rotation.
  • the invention aims to solve this technical problem by proposing a rotary joint allowing leaktightness or maintenance of controlled flow leakage at high operating pressures.
  • the invention relates to a rotary joint of the aforementioned type, intended to separate a first zone of high pressure and a second zone of low pressure characterized in that the first and second parts each comprise an interface zone having a plurality of elements projecting and recessed complementary shapes, the elements protruding and recessed from one of the parts interlocking with the elements projecting and withdrawing from the other part so as to form increasing volume decompression chambers from the zone of high pressure towards the zone of low pressure, the interface zones being situated at a distance from one another; on the other without friction between them.
  • the seal separates two zones corresponding to two distinct media of which at least one comprises a gas.
  • One of the two media has a higher pressure than the second medium.
  • the decompression chambers have increasing volume from the upper pressure medium to the lower pressure medium.
  • the gases under high pressure tend to escape into the space delimited by the two interface zones of the moving parts.
  • the elements recessed and projecting from each of the two interface zones form decompression chambers of increasing volume to create singular pressure losses depending on the selected profiles.
  • the seal comprises at least one intermediate chamber located between two decompression chambers, whose volume is both greater than the preceding decompression chamber and the next decompression chamber.
  • At least one of the two parts of the seal comprises gas suction means opening into the space defined by the two interface areas.
  • At least one of the two parts of the seal comprises pressurized gas injection means opening into the space defined by the two interface areas.
  • the injection of pressurized gas makes it possible to achieve a counter-pressure which further limits the leakage of gas under pressure.
  • the gas injection means are adjustable.
  • the injection means are disposed at the periphery of the corresponding interface zone.
  • This feature makes it possible to reduce the escape of gases outside the rotary joint while creating an extended volume of gas under pressure between the two moving parts.
  • the injection means open into a groove in the wall of the interface zone and extending circumferentially about the axis of rotation.
  • This arrangement makes it possible to distribute the pressure created by the nozzle on the circumference of the interface zone.
  • the gas injection means comprise deflectors disposed on a movable part of the seal and intended to compress the gas by a dynamic effect.
  • the gas injection means comprise at least one injection nozzle.
  • the projecting and recessed elements are formed by annular fins delimiting between them complementary annular grooves, the fins of one of the moving parts interlocking in the grooves of the other moving part and vice versa to delimit the decompression chambers.
  • the fins have an edge forming with the bottom of the groove located opposite a progressive narrowing.
  • the walls of the decompression chambers comprise roughness.
  • the roughnesses comprise striations oriented toward the bottom of the decompression chamber.
  • the interface areas extend concentrically to the axis of rotation and transversely to this same axis.
  • the interface areas extend parallel to the direction of the axis of rotation.
  • the first and second portions respectively comprise a first and a second portion of pipe, arranged along the axis of rotation of the moving parts and in the extension of one another, so as to form a pipe continuous sealed to ensure the delivery of a gas under pressure.
  • the injection nozzle or nozzles are connected to one of the pipe portions.
  • the pressure of the gases flowing in the pipe is caused to vary.
  • insufficient or too great pressure at the injection nozzle disturbs the operation of the rotary joint.
  • the connection thus created between the injection nozzle and the gas delivery pipe makes it possible to adjust the injection flow of the nozzle as well as possible without requiring special servocontrol.
  • the pressure of the gases injected by the injection means is less than 10% of the pressure of the gases flowing in the pipe portions.
  • the first part of the seal is secured to the wall of an enclosure delimiting a first zone of high internal pressure and a second external zone of lower pressure, and the second part is integral with a movable shaft. crossing the wall of the enclosure.
  • the invention also relates to a rotor for a gas engine comprising a rotary joint as described above.
  • the invention also relates to an apparatus with propellers driven by the ejection of gas under pressure on a blade of the propeller, in particular a helicopter comprising a rotor as described above.
  • the payload transportable by the apparatus is increased because the power of the engine is increased.
  • the invention further relates to a turbine or a compressor comprising a rotary joint as described above. In any case, the invention will be better understood from the description which follows, with reference to the attached schematic drawing showing, by way of non-limiting example, several embodiments of this rotary joint.
  • Figure 1 is a schematic representation of a helicopter equipped with a rotary joint according to the invention
  • Figure 2 is a longitudinal sectional view of a rotary joint
  • Figure 3 is an enlarged partial view of the section shown in Figure 2.
  • Figure 4 is a schematic view of the profile of a fin, in section along a plane comprising the axis of rotation of the seal.
  • Figure 5 is a side view of a second seal according to the invention.
  • Figure 6 is a sectional view along VI-VI of Figure 5.
  • Figure 7 is an enlarged perspective view of the seal of Figure 5.
  • Figure 8 is a side view of a third seal according to the invention.
  • Figure 9 is a sectional view along IX-IX of Figure 8.
  • Figure 10 is a schematic sectional view of a gas turbine comprising joints according to a fourth and fifth embodiment of the invention, in partial section above the axis of rotation of the turbine shaft.
  • Figure 11 is a detail view of the seal equipping the turbine of Figure 10 according to the fourth embodiment.
  • Figure 12 is a detail view of the seal equipping the turbine of Figure 10 according to the fifth embodiment.
  • Figure 13 is a representation of the pressure in a joint according to the fourth embodiment as a function of the position in this joint.
  • Figure 14 is a schematic detail view of the seal of Figure 11.
  • FIG. 1 shows a helicopter 1 according to the invention, comprising a fuselage having a cabin 2 inside which are disposed turbine-type pressurized gas generating means 3.
  • the pressurized gases are fed into a gas conveying pipe 4.
  • the helicopter 1 further comprises a rotor 5, rotatably mounted on the fuselage via a rotary joint 6 comprising a fixed part 7 and a movable part 8 and through which the continuity of the pipe
  • the rotor is equipped with blades 9 also comprising channels or conduits 10 for conveying the gases connected to the rotary joint 6, intended to bring the gases to the corresponding ends of the blades 9. These ends are equipped with ejection heads 11 of pressurized gases which, because of the torque exerted on the rotor 5, the blade drive 9.
  • This type of helicopter has the advantage of not requiring a tail rotor, usually necessary to compensate for the torque exerted by a conventional drive blades. The costs of manufacturing and maintaining this type of helicopter are therefore reduced to a very large extent.
  • the rotary joint 6 comprises a first fixed portion 7 and a second portion 8, rotatable relative to the fixed portion 7 about an axis of rotation A.
  • the first and second parts 7, 8 respectively comprise a first 12 and a second 13 pipe portions, arranged along the axis of rotation A of the fixed and movable parts 7, 8, and in the extension of one another, so as to form a sealed continuous line for conveying a gas under pressure.
  • the fixed part 7 comprises a tubular zone 14 having an end 15 disposed upstream with respect to the direction of the gas flow B, connected to the pipe 4, and a downstream end 16 facing towards the blades 9.
  • the tubular zone 14 comprises an outer ring 17 serving to support a plate 18 mounted around the tubular zone 14 and fixed to the ring 17 by means of screws 19.
  • a cover 20 is furthermore fixed to the fixed plate 18, on the outskirts of it.
  • the cover 20 defines with the fixed plate 18 a volume intended to accommodate the movable portion 8 and perforated at the axis of rotation A, as shown in Figure 2.
  • the movable portion 8 comprises a first tubular zone 21, disposed in downstream of the tubular zone 14 of the fixed part 7.
  • the first tubular zone 21 has an upstream end, turned towards the fixed part and a second downstream end, turned towards the blades.
  • the movable portion 8 is coupled to the blades of the helicopter 9, the latter forming or having conduits or channels for conveying the gases 10, connected to the second pipe portion 13. More specifically, the first tubular zone 21 is connected to the channels or ducts 10 of the blades 9 at its downstream end and comes, at its upstream end, facing the tubular zone 14 of the fixed part 7 so as to form a continuous flow of gas, as previously seen.
  • the movable portion 8 further comprises a second tubular zone 22 of larger diameter than the first 21, forming a skirt extending from the upstream end of the first tubular zone 21 and coming to cover the downstream end 16 of the tubular zone 14 of the fixed part 7.
  • the movable part 8 further comprises a plate 23 fixed to the second tubular zone 22, mounted around the tubular zone 14 of the fixed part 7 and facing the fixed plate 18.
  • the movable plate 23 as well as part of the second tubular zone 22 are arranged inside the volume defined by the cover 20, the day 24 formed therein allowing the passage of the second tubular zone 22.
  • ball bearings 25 are disposed between the outer wall of the tubular zone.
  • a thrust bearing 28 is furthermore disposed between the cover 20 and the movable plate 23.
  • the interface zones have a plurality of coaxial annular fins 29 delimiting between them complementary annular grooves, the fins 29 of one of the fixed or moving parts interlocking in the grooves of the other part and conversely leaving a clearance between the fins.
  • a decompression chamber C which communicates with adjacent decompression chambers C at the edge of the fins 29.
  • the fins 29 may have a beveled edge, so that the distance between the edge of the fin and the bottom of the groove facing decreases away from the axis of rotation A, as shown in Figure 4.
  • This arrangement makes it possible to increase the pressure drop during the passage from a decompression chamber C to the adjacent decompression chamber C.
  • the interface areas extend concentrically to the axis of rotation A and perpendicular to the same axis of rotation A and thus form baffles or labyrinth seal 30 having a proximal zone, that is to say located close to the axis of rotation, and a peripheral distal zone.
  • the decompression chambers delimited by the fins and grooves have a volume increasing from the axis of rotation outwards of the interface areas, because they occupy a circumference of increasing diameter.
  • the tubular zone 14 of the fixed part 7 has transverse openings 31, opening at the interface areas, more precisely in the proximal thereof.
  • the fixed part 7 is furthermore equipped with pressurized gas injection nozzles 32, connected to the first pipe portion 12 and opening into the space delimited by the two interface zones 30.
  • the injection nozzles 32 are furthermore equipped with pressurized gas injection nozzles 32, connected to the first pipe portion 12 and opening into the space delimited by the two interface zones 30.
  • the injection nozzles open into a groove, not shown in the drawing, formed in the wall of the interface zone and extending circumferentially about the axis of rotation.
  • the injection nozzles can be adjustable.
  • the rotary joint is furthermore equipped with means for measuring the pressure of the gases in the conveying duct thus formed.
  • the gases from the generation means 3 circulate in the conveying line 4, at a pressure that can go at least up to 15 bars and exceed this value.
  • the gases then enter successively into the first 12 and the second 13 pipe portions, finally being ejected by the ejection heads 11 of the blades 9 via the pipes or channels 10 formed therein.
  • a portion of the gas passes through the openings 31 and is then directed towards the space defined between the two interface zones 30.
  • This baffle or labyrinth-like space creates singular pressure drops to reduce the gas leakage rate.
  • the addition of a back pressure through the injection nozzles 32 further limits the gas leaks and forms a volume or cushion of gas under pressure between the two interface zones 30.
  • the pressure of the gases injected by the nozzle is between 0.5 and 0.8 bar in the example.
  • the gases escaping from the aforementioned volume at the peripheral zone of the plates 18, 23 are directed towards a chamber 33 delimited by the mobile plate 23, the fixed hood 20 and the thrust bearing 28. Additional openings 34 are provided in the hood 20 so as to allow the escape of the gases contained in the aforesaid chamber 33.
  • these additional openings may be located at the joint plane.
  • the rotary joint according to the invention although equipped with a helicopter in the embodiment described above, could also equip other types of propeller driven by the ejection of pressurized gas on a blade of the propeller.
  • the rotary joint according to the invention could also be adapted to turbines or compressors, in order to solve the same technical problem, namely to ensure a satisfactory seal or controlled flow leak for large pressures.
  • a second rotary joint according to the invention is intended to be used at the level of the bearing of a turbine shaft 35 partially shown in FIG. bearing is carried out at the wall 36 of an enclosure defining a zone Z1 of high internal pressure and an outer zone Z2 of lower pressure. It is desirable to ensure a satisfactory seal or controlled flow leakage between the two zones Z1, Z2 thus defined.
  • the rotary joint comprises a first fixed part 37 integral with the wall 36 of the enclosure and a second movable part 38 integral with the shaft 35 of the turbine and movable in rotation with respect to the fixed part. 37.
  • the first and second portions 37, 38 do not include pipe portions.
  • the fixed part 37 comprises a plate 39 mounted on the wall 36 of the enclosure having a central lumen allowing the passage of the shaft 35 of the turbine.
  • This plate 39 is fixed to the wall of the enclosure by means of screws 40.
  • the fixed portion 37 further comprises, around the central slot of the plate 39, a housing rim 42 ball bearing, having a return 43 facing the center of the light.
  • the movable portion 38 comprises a sleeve 44 mounted around the shaft 35 of the turbine and also having a bearing housing 45 ball.
  • the movable portion 38 further comprises a plate 46 fixed around the sleeve 44 and facing the plate 39 of the fixed portion 37.
  • the movable portion 38 finally comprises a retaining plate 47 fixed around the turbine shaft to the end of the latter, in contact with the plate 46.
  • Ball bearings 48 are arranged between the housing flange 42 of the fixed part 37 and the housing 45 of the sleeve 44 of the movable part 38, via a clamping ring 49 and a spacer 50.
  • the plates 39, 46 of the stationary and movable portions 37 and 37 facing each other define zones or interface surfaces facing each other and fitting into each other. the others to delimit decompression chambers of increasing volume, which communicate with adjacent decompression chambers at the edge of the fins.
  • decompression chambers are all concentric with respect to the axis of rotation A of the seal.
  • the fixed part of the gasket comprises at least one gas passage 52 coming from the zone of high pressure Z1 inside the chamber towards the interface zone.
  • This passage 52 is formed in the wall of the enclosure, in the thickness of the plate of the fixed part, until reaching the housing of the turbine shaft with which the interface zone communicates.
  • Seals 53, 54 respectively positioned between the wall 36 of the enclosure and the plate 39 of the fixed part 37 on the one hand, and between the plate 46, the mobile part 38 and the retaining plate 47 on the other hand, allow to avoid that the gas borrows a passage other than the privileged passage 52.
  • the plate 46 of the movable portion 38 comprises gas injection means comprising conduits 55 disposed on the periphery of the plate communicating with the outer zone Z2, at the end of which are disposed deflectors 56.
  • each deflector 56 has an ellipsoidal spoon shape whose axis is inclined at least 45% relative to the outer surface of the last decompression chamber. The presence of a deflector 56, when the shaft is rotating, generates a compression of the outside air in the conduit 55, which allows to form a back pressure in the last decompression chamber.
  • the surface of the recess on the wall of the last chamber is preferably equal to that of the conduit.
  • the conduits 55 are homogeneously distributed on the periphery of the edge of the plate, in communication with the last decompression chamber.
  • the sum of the duct surfaces is greater than or equal to that of the clearance existing between the outer wall of the last decompression chamber and the fixed part of the rotary joint.
  • the plate of the fixed part comprises a set of final conduits 57 connecting the end of the interface zone to the outer zone Z2.
  • a third rotary joint according to the invention is intended, like the second embodiment, to be used to seal the bearing of a turbine shaft. 58.
  • the rotary joint comprises, as in the second embodiment, a first fixed portion 59 secured to the wall of the enclosure 62 and a second movable portion 60 secured to the shaft of the turbine 58, a ball bearing 63 being interposed between the first and second parts.
  • the fixed part 59 comprises a conical portion 64 mounted on the wall of the enclosure having a central lumen allowing the passage of the shaft of the turbine 58.
  • the inner wall of the conical portion has fins 65 for forming the decompression chambers which extend perpendicular to the axis of rotation of the shaft 58 towards the center of the light of the conical portion.
  • the size of the fins 65 increases away from the top of the cone so that the free edges of the fins are positioned on a cylinder.
  • the movable portion 60 comprises a sleeve 66 fixed to the shaft and having fins 67 fixed around the shaft 58, the fins 67 extending radially relative to the shaft 58.
  • the size of the fins 67 increases correspondingly at the distance between the shaft and the bottom of the grooves formed between two successive fins 65 of the conical portion 64 of the fixed part 59.
  • the decompression chambers extend parallel to the axis of rotation A, the decompression chambers delimited by the fins and the grooves have a volume increasing from the zone of the top of the cone towards the base thereof, because the size of the fins 65, 67 and decompression chambers delimited by it increase.
  • the fixed part 61 of the gasket comprises at least one gas passage 68 coming from the zone of high pressure Z1 inside the chamber towards the interface zone, at the apex of the conical portion 64.
  • the plate of the movable part comprises, for its part, gas injection means comprising ducts 69 and baffles 70 arranged at the level of the upper part of the second sleeve, on the periphery of the shaft, similar to those described in FIG. second embodiment.
  • Figure 10 shows schematically, in partial section, a turbine 80 equipped with seals 82, 83 according to the invention according to a fourth and a fifth embodiment.
  • the turbine comprises a movable shaft 84 rotated about an axis A, the shaft 84 being partially housed in an enclosure 85.
  • the shaft 84 comprises a set of blades 86, the blades 86 being intended to be rotated by a pressurized gas entering the chamber through a first opening 87 in the chamber and out through a second opening 88 in the chamber 85.
  • Between the blades 86 are arranged the guide members of the stream 89 fixed gas relative to the enclosure 85, these flow guiding members 89 having slots 90 for limiting the turbulence of the gas flow.
  • Two joints 82 according to a fourth embodiment are arranged at the connection between the enclosure 85 and the movable shaft 84.
  • Mechanical connection means 92 constituted for example by bearings, make it possible to take up the mechanical forces and to ensure rotation between the shaft and the enclosure with a very low tolerance for axial movement.
  • seals 83 according to a fifth embodiment of the invention are arranged between the guide members flow 89 and the shaft 84 of the turbine 80.
  • a seal according to the fourth embodiment comprises two combs 93, 94 comprising alternating fins and grooves. These combs 93, 94 are interleaved and movable relative to one another so as to form chambers with increasing volume. The interface zone defined by these combs 93, 94 extending perpendicularly to the axis of rotation A.
  • the seal comprises two intermediate chambers 95, positioned at substantially one-third and two-thirds of the succession of chambers of decompression, considering the radial dimension of the joint. These intermediate chambers 95 communicate upstream and downstream with the decompression chambers. These two intermediate chambers are not visible in the figure
  • Figure 14 is a schematic figure in which the actual dimensions are not respected.
  • the intermediate chambers 95 allow decompression of the gas in a large ratio, corresponding substantially to the ratio of volumes between the decompression chamber preceding the intermediate chamber and the latter.
  • the joint comprises about 200 decompression chambers with a volume of about 7 cm3 to about 80 cm3, two intermediate chambers with a volume 10 times greater than the adjacent chambers being formed at one-third and two-thirds of the succession of chambers. decompression.
  • Figure 13 shows the evolution of the pressure in the different chambers. It appears that the pressure at the second intermediate chamber is of the order of 0.2 bar. It is therefore sufficient to maintain by suction this pressure to ensure a lower pressure both the external pressure and the internal pressure.
  • a first comb 93 is integral with the flow guiding members fixed on the enclosure, and the second comb 94 is integral with the shaft of the turbine.
  • a seal 83 according to the fifth embodiment of the invention comprises sets of chambers 96 of increasing volume formed by two combs 97, 98 comprising fins and grooves, interleaved and movable one. compared to each other. The interface area defined by these combs 97,98 extending parallel to the axis of rotation.
  • a clearance 99 is formed between the edge of the fins and the bottom of the grooves to allow longitudinal expansion of the fins.
  • an intermediate chamber 100 Between two sets of chambers 96 successive increasing volume is disposed an intermediate chamber 100 whose volume is much greater than that of the chambers located adjacent to the intermediate chamber and belonging to the two sets surrounding it.
  • a first comb 97 is integral with the flow guiding members fixed on the enclosure, and the second comb 98 is integral with the shaft of the turbine.
  • the main applications of the invention relate, in addition to helicopters and turbines as illustrated with reference to FIGS, the engine turbines or gas turbine of combustion engines, compressed air engines, turbochargers, compressors and pumps in which must be sealed and / or leak recovery.
  • the seals can be used in a centrifuge for example for isotopes of uranium or any other gaseous product, to avoid external pollution.
  • the seals can be used in machine tools, for example an argon welding station comprising a rotating shaft, operating under a controlled atmosphere, in particular in clean rooms, to avoid contamination of this controlled atmosphere.
  • the seals according to the invention can also be used for sealing at the level of motor shafts, for example for aircraft, boat or submarine engine shafts.
  • the purpose of using a seal is to avoid the entry of liquid under high pressure into the seal.
  • the seal used comprises a first part having decompression chambers of increasing volume between the inner space and an intermediate chamber, at which a gas injection is performed, then a second series of compression chamber decreasing volume between the intermediate chamber and the outside. The pressurized gas injected at the level of the intermediate chamber and compressed by the compression chambers makes it possible to maintain the liquid outside the enclosure of the submarine.

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Abstract

L'invention concerne un joint tournant comportant une première (7, 8) et une seconde (7, 8) parties mobiles l'une par rapport à l'autre autour d'un axe de rotation (A). Les première et seconde parties mobiles (7, 8) comportent chacune une zone d'interface (30) présentant une pluralité d'éléments en saillie et en retrait de formes complémentaires, les éléments en saillie et en retrait de l'une des parties (7, 8) s'imbriquant avec les éléments en saillie et en retrait de l'autre partie (7, 8) de manière à former des chambres de décompression à volume croissant, les zones d'interfaces étant situées à distance l'une de l'autre sans frottement entre elles.

Description

Joint tournant
L'invention concerne un joint tournant, un rotor et un appareil à hélices entraînées par l'éjection de gaz sous pression sur une pale de l'hélice comprenant un tel joint, ainsi qu'une turbine ou un compresseur comprenant également un tel joint.
Un hélicoptère est connu du document FR 996 034. Celui-ci comporte un rotor équipé d'une hélice composée de plusieurs pales. L'hélicoptère comporte des moyens de génération de gaz sous pression et des têtes d'éjection des gaz disposées aux extrémités des pales. L'éjection des gaz sous pression entraîne en rotation les pales et permet ainsi la sustentation et le déplacement de l'appareil.
Les gaz sous pression doivent ainsi être acheminés depuis les moyens de génération des gaz jusqu'à l'extrémité des pales entraînées en rotation par l'intermédiaire d'une conduite d'acheminement des gaz. Pour cela est prévu un joint tournant permettant d'assurer la continuité entre la partie mobile et la partie fixe de la conduite.
Les joints tournants comportent généralement une première et une seconde parties mobiles l'une par rapport à l'autre autour d'un axe de rotation.
Les joints tournants connus ne peuvent tolérer des pressions de gaz élevées. En effet, ils ne peuvent généralement pas tolérer des pressions supérieures à 4 bars environ. La force de sustentation de l'hélicoptère étant directement dépendante de la pression des gaz éjectés, les résultats obtenus avec une pression faible obligent à limiter le poids de l'hélicoptère et de son chargement.
Il est à noter que le même problème technique de tenue à de hautes pressions d'une étanchéité ou de maintien d'une fuite de débit contrôlé se pose dans d'autres applications des joints tournants, en particulier pour des turbines ou des compresseurs comprenant un arbre mobile traversant la paroi d'une enceinte délimitant une zone sous pression.
L'invention vise à résoudre ce problème technique en proposant un joint tournant permettant une étanchéité ou un maintien de fuite de débit contrôlé à de hautes pressions d'utilisation. A cet effet, l'invention concerne un joint tournant du type précité , destiné à séparer une première zone de forte pression et une seconde zone de faible pression caractérisé en ce que les première et seconde parties comportent chacune une zone d'interface présentant une pluralité d'éléments en saillie et en retrait de formes complémentaires, les éléments en saillie et en retrait de l'une des parties s'imbriquant avec les éléments en saillie et en retrait de l'autre partie de manière à former des chambres de décompression à volume croissant à partir de la zone de forte pression vers la zone de faible pression, les zones d'interfaces étant situées à distance l'une de l'autre sans frottement entre elles.
Le joint sépare deux zones correspondant à deux milieux distincts dont l'un au moins comprend un gaz. L'un des deux milieux présente une pression supérieure au second milieu. Les chambres de décompression présentent un volume croissant à partir du milieu de pression supérieure vers le milieu de pression inférieure.
Les gaz sous haute pression ont tendance à s'échapper dans l'espace délimité par les deux zones d'interfaces des parties mobiles.
Les éléments en retrait et en saillie de chacune des deux zones d'interfaces forment des chambres de décompression de volume croissant visant à créer des pertes de charge singulières dépendant des profils choisis.
Le débit de fuite des gaz s'échappant par l'ensemble de chambres de décompression est ainsi réduit de manière substantielle. Ce joint tournant permet d'augmenter le rendement du dispositif équipé de ce joint, tout en diminuant les coûts de fabrication et de maintenance.
Avantageusement, le joint comprend au moins une chambre intermédiaire situé entre deux chambres de décompression, dont le volume est à la fois supérieur à la chambre de décompression précédente et à la chambre de décompression suivante.
Selon une possibilité, au moins l'une des deux parties du joint comporte des moyens d'aspiration de gaz débouchant dans l'espace délimité par les deux zones d'interface. Ces dispositions permettent de capter un débit de fuite résiduel.
Ces dispositions permettent également d'assurer une isolation entre deux milieux séparés par le joint.
Avantageusement, au moins l'une des deux parties du joint comporte des moyens d'injection de gaz sous pression débouchant dans l'espace délimité par les deux zones d'interface. L'injection de gaz sous pression permet de réaliser une contre- pression limitant encore la fuite de gaz sous pression.
Avantageusement, les moyens d'injection de gaz sont réglables.
Avantageusement, les moyens d'injection sont disposés en périphérie de la zone d'interface correspondante.
Cette caractéristique permet de diminuer l'échappement des gaz à l'extérieur du joint tournant tout en créant un volume étendu de gaz sous pression entre les deux parties mobiles.
Selon un mode de réalisation, les moyens d'injection débouchent dans une gorge ménagée dans la paroi de la zone d'interface et s'étendant sur une circonférence autour de l'axe de rotation.
Cette disposition permet de répartir la contre pression crée par la buse sur la circonférence de la zone d'interface.
Selon une possibilité, les moyens d'injection de gaz comprennent des déflecteurs disposés sur une partie mobile du joint et destinés à comprimer le gaz par un effet dynamique.
Selon une autre possibilité, les moyens d'injection de gaz comprennent au moins une buse d'injection.
Selon un mode de réalisation, les éléments en saillie et en retrait sont formés par des ailettes annulaires délimitant entre elles des rainures annulaires complémentaires, les ailettes de l'une des parties mobiles s'imbriquant dans les rainures de l'autre partie mobile et inversement pour délimiter les chambres de décompression. Avantageusement, les ailettes présentent un bord formant avec le fond de la rainure situé en regard un rétrécissement progressif.
Ces dispositions permettent d'augmenter la perte de charge au passage du bord de l'ailette.
Selon un mode de réalisation, les parois des chambres de décompression comportent des rugosités.
Ces dispositions permettent d'augmenter la perte de charge dans chaque chambre de décompression.
Avantageusement, les rugosités comprennent des stries orientées vers le fond de la chambre de décompression. Selon un mode de réalisation, les zones d'interface s'étendent concentriquement à l'axe de rotation et transversalement à ce même axe. Ces dispositions permettent de ménager simplement un ensemble de chambres de décompression de volume croissant.
Selon un autre mode de réalisation, les zones d'interfaces s'étendent parallèlement à la direction de l'axe de rotation. Selon un mode de réalisation, les première et seconde parties comprennent respectivement une première et une seconde portions de conduite, disposées suivant l'axe de rotation des parties mobiles et dans le prolongement l'une de l'autre, de manière à former une conduite continue étanche destinée à assurer l'acheminement d'un gaz sous pression. Avantageusement, la ou les buses d'injection sont reliées à l'une des portions de conduite.
Il est ainsi possible de régler simplement le flux de la buse d'injection en fonction de la pression des gaz circulant dans la conduite.
En effet, en cours d'utilisation, la pression des gaz circulant dans la conduite est amenée à varier. Or, une pression insuffisante ou trop importante au niveau de la buse d'injection perturbe le fonctionnement du joint tournant. La liaison ainsi créée entre la buse d'injection et la conduite d'acheminement des gaz permet d'ajuster au mieux le flux d'injection de la buse sans nécessiter d'asservissement particulier. Avantageusement, la pression des gaz injectés par les moyens d'injection est inférieure à 10 % de la pression des gaz circulant dans les portions de conduite.
Selon un autre mode de réalisation, la première partie du joint est solidaire de la paroi d'une enceinte délimitant une première zone de forte pression intérieure et une seconde zone extérieure de plus faible pression, et la seconde partie est solidaire d'un arbre mobile traversant la paroi de l'enceinte.
L'invention concerne également un rotor pour moteur à gaz comportant un joint tournant tel que décrit précédemment.
L'invention concerne également un appareil à hélices entraînées par l'éjection de gaz sous pression sur une pale de l'hélice, notamment hélicoptère comportant un rotor tel que décrit précédemment.
Grâce aux dispositions selon l'invention, la charge utile transportable par l'appareil est augmentée car la puissance du moteur est augmentée. L'invention concerne en outre une turbine ou un compresseur comprenant un joint tournant tel que décrit ci-dessus. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titré d'exemple non limitatif, plusieurs formes d'exécution de ce joint tournant.
Figure 1 est une représentation schématique d'un hélicoptère équipé d'un joint tournant selon l'invention ;
Figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un joint tournant,
Figure 3 est une vue partielle agrandie de la coupe représentée en figure 2.
Figure 4 est une vue schématique du profil d'une ailette, en coupe selon un plan comprenant l'axe de rotation du joint.
Figure 5 est une vue de côté d'un second joint selon l'invention.
Figure 6 est une vue en coupe selon Vl-Vl de figure 5.
Figure 7 est une vue en perspective à échelle agrandie du joint de figure 5. Figure 8 est une vue de côté d'un troisième joint selon l'invention.
Figure 9 est une vue en coupe selon IX-IX de figure 8.
Figure 10 est une vue en coupe schématique d'une turbine à gaz comprenant des joints selon un quatrième et un cinquième mode de réalisation de l'invention, en coupe partielle au dessus de l'axe de rotation de l'arbre de la turbine.
Figure 11 est une vue de détail du joint équipant la turbine de figure 10 selon le quatrième mode de réalisation.
Figure 12 est une vue de détail du joint équipant la turbine de figure 10 selon le cinquième mode de réalisation. Figure 13 est une représentation de la pression dans un joint selon le quatrième mode de réalisation en fonction de la position dans ce joint.
Figure 14 est une vue de détail schématique du joint de figure 11.
La figure 1 représente un hélicoptère 1 selon l'invention, comportant un fuselage présentant une cabine 2 à l'intérieur de laquelle sont disposés des moyens de génération de gaz sous pression de type turbine 3.
Les gaz sous pression sont amenés dans une conduite d'acheminement des gaz 4.
L'hélicoptère 1 comporte en outre un rotor 5, monté en rotation sur le fuselage par l'intermédiaire d'un joint tournant 6 comprenant une partie fixe 7 et une partie mobile 8 et par l'intermédiaire duquel la continuité de la conduite
4 est assurée. Le rotor est équipé de pales 9 comportant également des canaux ou conduites 10 d'acheminement des gaz raccordées au joint tournant 6, visant à amener les gaz au niveau des extrémités correspondantes des pales 9. Ces extrémités sont équipées de têtes d'éjection 11 des gaz sous pression permettant, du fait du couple exercé sur le rotor 5, l'entraînement des pales 9.
Ce type d'hélicoptère présente l'avantage de ne pas nécessiter de rotor arrière, habituellement nécessaire afin de compenser le couple exercé par un entraînement classique des pales. Les coûts de la fabrication et de la maintenance de ce type d'hélicoptère sont donc réduits dans une très grande proportion.
On s'intéressera plus particulièrement au joint tournant 6, représenté aux figures 2 et 3.
Comme vu précédemment, le joint tournant 6 comporte une première partie fixe 7 et une seconde partie 8, mobile en rotation par rapport à la partie fixe 7 autour d'un axe de rotation A.
Les première et seconde parties 7, 8 comprennent respectivement une première 12 et une seconde 13 portions de conduite, disposées suivant l'axe de rotation A des parties fixe et mobile 7, 8, et dans le prolongement l'une de l'autre, de manière à former une conduite continue étanche destinée à assurer l'acheminement d'un gaz sous pression.
La partie fixe 7 comporte une zone tubulaire 14 présentant une extrémité 15 disposée en amont par rapport au sens d'acheminement des gaz B, raccordée à la conduite 4, et une extrémité aval 16 tournée vers les pales 9.
La zone tubulaire 14 comporte une couronne externe 17 servant à l'appui d'un plateau 18 monté autour de la zone tubulaire 14 et fixé à la couronne 17 par l'intermédiaire de vis 19. Un capot 20 est en outre fixé au plateau fixe 18, en périphérie de celui-ci. Le capot 20 délimite avec le plateau fixe 18 un volume destiné à accueillir la partie mobile 8 et ajouré au niveau de l'axe de rotation A, comme cela apparaît en figure 2. La partie mobile 8 comporte une première zone tubulaire 21 , disposée en aval de la zone tubulaire 14 de la partie fixe 7. La première zone tubulaire 21 comporte une extrémité amont, tournée vers la partie fixe et une seconde extrémité aval, tournée vers les pales.
La partie mobile 8 est couplée aux pales de l'hélicoptère 9, ces dernières formant ou comportant des conduites ou canaux d'acheminement des gaz 10, raccordées à la seconde portion de conduite 13. Plus précisément, la première zone tubulaire 21 est raccordée aux canaux ou conduites 10 des pales 9 au niveau de son extrémité aval et vient, au niveau de son extrémité amont, en regard de la zone tubulaire 14 de la partie fixe 7 de manière à former une conduite continue d'acheminement des gaz, comme vu précédemment.
La partie mobile 8 comporte en outre une seconde zone tubulaire 22 de plus grand diamètre que la première 21 , formant une jupe s'étendant depuis l'extrémité amont de la première zone tubulaire 21 et venant recouvrir l'extrémité aval 16 de zone tubulaire 14 de la partie fixe 7. La partie mobile 8 comporte en outre un plateau 23 fixé à la seconde zone tubulaire 22, monté autour de la zone tubulaire 14 de la partie fixe 7 et en regard du plateau fixe 18. Le plateau mobile 23 ainsi qu'une partie de la seconde zone tubulaire 22 sont disposés à l'intérieur du volume délimité par le capot 20, le jour 24 ménagé dans celui-ci permettant le passage de la seconde zone tubulaire 22.
Comme cela apparaît plus particulièrement à la figure 3, des roulements à billes 25 sont disposés entre la paroi externe de la zone tubulaire
14 de la partie fixe 7 et la paroi interne de la jupe 22 de la partie mobile 8, notamment par l'intermédiaire d'un manchon de serrage 26 et d'une entretoise 27.
Une butée à billes 28 est en outre disposée entre le capot 20 et le plateau mobile 23.
Les plateaux fixes 7 et mobiles 8, disposés en regard l'un de l'autre, définissent des zones ou surfaces d'interface se faisant face et d'encastrant les unes dans les autres.
Les zones d'interfaces présentent une pluralité d'ailettes annulaires coaxiales 29 délimitant entre elles des rainures annulaires complémentaires, les ailettes 29 de l'une des parties fixe ou mobile s'imbriquant dans les rainures de l'autre partie et inversement en laissant un jeu entre les ailettes. Entre deux ailettes successives et le fond des rainures correspondantes est délimitée une chambre de décompression C, qui communique avec des chambres de décompression adjacentes C au niveau du bord des ailettes 29.
Avantageusement, les ailettes 29 peuvent présenter un bord de forme biseautée, de façon à ce que la distance entre le bord de l'ailette et le fond de la rainure en regard diminue en s'éloignant de l'axe de rotation A, ainsi que représenté sur la figure 4.
Cette disposition permet d'augmenter la perte de charge lors du passage d'une chambre de décompression C à la chambre de décompression C adjacente.
Les zones d'interfaces s'étendent concentriquement à l'axe de rotation A et perpendiculairement à ce même axe de rotation A et forment ainsi des chicanes ou joint labyrinthe 30 comportant une zone proximale, c'est-à-dire située à proximité de l'axe de rotation, et une zone distale périphérique. Les chambres de décompression délimitées par les ailettes et les rainures présentent un volume croissant à partir de l'axe de rotation vers l'extérieur des zones d'interfaces, car elles occupent une circonférence de diamètre croissant.
Ces chambres de décompression sont toutes concentriques par rapport à l'axe de rotation A du joint. La zone tubulaire 14 de la partie fixe 7 comporte des ouvertures transversales 31 , débouchant au niveau des zones d'interface, plus précisément dans la proximale de celles-ci.
La partie fixe 7 est en outre équipée de buses d'injection de gaz sous pression 32, reliées à la première portion de conduite 12 et débouchant dans l'espace délimité par les deux zones d'interface 30. Les buses d'injection
32 sont préférentiellement disposées en périphérie de la zone d'interface correspondante 30.
Les buses d'injection débouchent dans une gorge, non représentée au dessin, ménagée dans la paroi de la zone d'interface et s'étendant sur une circonférence autour de l'axe de rotation.
Selon une variante de réalisation, les buses d'injection peuvent être réglables.
Le joint tournant est en outre équipé de moyens de mesure de la pression des gaz dans la conduite d'acheminement ainsi formée. Les gaz issus des moyens de génération 3 circulent dans la conduite d'acheminement 4, à une pression pouvant aller au moins jusqu'à 15 bars et dépasser cette valeur. Les gaz pénètrent ensuite successivement dans la première 12 et la seconde 13 portions de conduite, pour finalement être éjectés par les têtes d'éjection 11 des pales 9 par l'intermédiaire des conduites ou canaux 10 formés dans celles-ci. Lorsque les gaz circulent au travers de la première portion de conduite 12, une partie des gaz traverse les ouvertures 31 puis est dirigée vers l'espace délimité entre les deux zones d'interface 30. Cet espace en forme de chicane ou de labyrinthe crée des pertes de charge singulières permettant de réduire le débit de fuite des gaz.
L'adjonction d'une contre-pression par l'intermédiaire des buses d'injection 32 permet encore de limiter les fuites de gaz et forme un volume ou coussin de gaz sous pression entre les deux zones d'interface 30. La pression des gaz injectés par la buse est comprise entre 0,5 et 0,8 bar dans l'exemple considéré.
Entre les deux plateaux 18, 23, les gaz se détendent dans les chambres de décompression dont le volume augmente en s'éloignant de l'axe de rotation A, la pression diminuant donc en s'éloignant de l'axe.
Les gaz s'échappant du volume précité au niveau de la zone périphérique des plateaux 18, 23 sont dirigés vers une chambre 33 délimitée par le plateau mobile 23, le capot fixe 20 et la butée à billes 28. Des ouvertures additionnelles 34 sont ménagées dans le capot 20 de manière à permettre l'échappement des gaz contenu dans la chambre précitée 33.
Selon une variante de réalisation non représentée, ces ouvertures additionnelles peuvent être situées au niveau du plan de joint.
Le joint tournant selon l'invention, bien qu'équipant un hélicoptère dans la forme réalisation décrite ci-dessus, pourrait également équiper d'autres types d'appareil à hélices entraînées par l'éjection de gaz sous pression sur une pale de l'hélice. Le joint tournant selon l'invention pourrait également être adapté à des turbines ou à des compresseurs, afin de résoudre le même problème technique, à savoir d'assurer une étanchéité satisfaisante ou une fuite de débit contrôlé pour des pressions importantes.
Ainsi, selon un second mode de réalisation représenté sur les figures 5 et 6, un second joint tournant selon l'invention est destiné à être utilisé au niveau du palier d'un arbre 35 de turbine représenté de façon partielle sur la figure 6. Le palier est réalisé au niveau de la paroi 36 d'une enceinte délimitant une zone Z1 de forte pression intérieure et une zone extérieure Z2 de plus faible pression. Il est souhaitable d'assurer une étanchéité satisfaisante ou une fuite de débit contrôlé entre les deux zones Z1 , Z2 ainsi définies. Le joint tournant comporte selon ce second mode de réalisation une première partie fixe 37 solidaire de la paroi 36 de l'enceinte et une seconde partie mobile 38, solidaire de l'arbre 35 de la turbine et mobile en rotation par rapport à la partie fixe 37. Contrairement au premier mode de réalisation, les première et seconde parties 37, 38 ne comprennent pas de portions de conduite.
La partie fixe 37 comporte un plateau 39 monté sur la paroi 36 de l'enceinte présentant une lumière centrale permettant le passage de l'arbre 35 de la turbine. Ce plateau 39 est fixé à la paroi de l'enceinte par l'intermédiaire de vis 40.
La partie fixe 37 comporte de plus, autour de la lumière centrale du plateau 39, un rebord de logement 42 de roulement à bille, présentant un retour 43 tourné vers le centre de la lumière. La partie mobile 38 comporte un manchon 44 monté autour de l'arbre 35 de la turbine et présentant également un logement 45 de roulement à bille.
La partie mobile 38 comporte en outre un plateau 46 fixé autour du manchon 44 et en regard du plateau 39 de la partie fixe 37. La partie mobile 38 comporte enfin une plaque de retenue 47 fixé autour de l'arbre de la turbine à l'extrémité de celui-ci, au contact du plateau 46.
Des roulements à billes 48 sont disposés entre le rebord de logement 42 de la partie fixe 37 et le logement 45 du manchon 44 de la partie mobile 38, par l'intermédiaire d'un anneau de serrage 49 et d'une entretoise 50.
Comme dans le premier mode de réalisation, les plateaux 39, 46 des parties fixe 37 et mobile 38, disposés en regard l'un de l'autre, définissent des zones ou surfaces d'interface se faisant face et s'encastrant les unes dans les autres pour délimiter des chambres de décompression de volume croissant, qui communiquent avec des chambres de décompression adjacentes au niveau du bord des ailettes.
Ces chambres de décompression sont toutes concentriques par rapport à l'axe de rotation A du joint. La partie fixe du joint comporte au moins un passage de gaz 52 provenant de la zone de forte pression Z1 intérieure à l'enceinte vers la zone d'interface.
Ce passage 52 est ménagé dans la paroi de l'enceinte, dans l'épaisseur du plateau de la partie fixe, jusqu'à atteindre la lumière de logement de l'arbre de turbine avec laquelle la zone d'interface communique.
Des joints 53, 54 positionnés respectivement entre la paroi 36 de l'enceinte et le plateau 39 de la partie fixe 37 d'une part, et entre le plateau 46 la partie mobile 38 et la plaque de retenue 47 d'autre part, permettent d'éviter que le gaz n'emprunte un autre passage que le passage privilégié 52.
Le plateau 46 de la partie mobile 38 comprend des moyens d'injection de gaz comprenant des conduits 55 disposés sur la périphérie du plateau communiquant avec la zone extérieur Z2, au niveau de l'extrémité desquels sont disposés des déflecteurs 56. Ainsi que représenté sur la figure 7, chaque déflecteur 56 a une forme de cuiller ellipsoïdale dont l'axe est incliné à 45% au moins par rapport à la surface extérieure de la dernière chambre de décompression. La présence d'un déflecteur 56, lorsque l'arbre est en rotation, génère une compression de l'air extérieur dans Ie conduit 55, ce qui permet de constituer une contre- pression dans la dernière chambre de décompression.
La surface de l'évidement sur la paroi de la dernière chambre est de préférence égale à celle du conduit.
Les conduits 55 sont répartis de façon homogène sur la périphérie du bord du plateau, en communication avec la dernière chambre de décompression.
De façon avantageuse, la somme des surfaces des conduits est supérieure ou égale à celle du jeu existant entre la paroi extérieure de la dernière chambre de décompression et la partie fixe du joint tournant.
Le plateau de la partie fixe comprend un ensemble de conduits finaux 57 reliant l'extrémité de la zone d'interface à la zone extérieure Z2.
Selon un troisième mode de réalisation représenté sur les figures 8 et 9, un troisième joint tournant selon l'invention est destiné, comme le second mode de réalisation, à être utilisé pour assurer l'étanchéité au niveau du palier d'un arbre de turbine 58. Le joint tournant comporte comme dans le second mode de réalisation une première partie fixe 59 solidaire de la paroi de l'enceinte 62 et une seconde partie mobile 60 solidaire de l'arbre de la turbine 58, un roulement à bille 63 étant interposé entre les premières et seconde parties.
La partie fixe 59 comporte une portion conique 64 montée sur la paroi de l'enceinte présentant une lumière centrale permettant le passage de l'arbre de la turbine 58.
La paroi interne de la portion conique comporte des ailettes 65 destinées à former les chambres de décompression qui s'étendent perpendiculairement à l'axe de rotation de l'arbre 58 vers le centre de la lumière de la portion conique. La taille des ailettes 65 augmente en s'éloignant du sommet du cône de sorte que les arêtes libres des ailettes soient positionnées sur un cylindre.
La partie mobile 60 comporte un manchon 66 fixé sur l'arbre et présentant des ailettes 67 fixées autour de l'arbre 58, les ailettes 67 s'étendant radialement par rapport à l'arbre 58. La taille des ailettes 67 augmente de façon correspondant à la distance entre l'arbre et le fond des gorges formées entre deux ailettes successives 65 de la portion conique 64 de la partie fixe 59.
La portion conique 64 de la partie fixe 59 et le manchon 66 de la partie mobile 60, disposés en regard l'un de l'autre, et qui présentent une pluralité d'ailettes annulaires 65, 67 s'étendant radialement par rapport à l'axe de l'arbre 58, délimitent un ensemble de chambres de décompression, qui communiquent avec des chambres de décompression adjacentes au niveau du bord des ailettes.
Les chambres de décompression s'étendent parallèlement à l'axe de rotation A, les chambres de décompression délimitées par les ailettes et les rainures présentent un volume croissant à partir de la zone du sommet du cône vers la base de celui-ci, car la taille des ailettes 65, 67 et des chambres de décompression délimitées par celle-ci augmentent.
La partie fixe 61 du joint comporte au moins un passage de gaz 68 provenant de la zone de forte pression Z1 intérieure à l'enceinte vers la zone d'interface, au niveau du sommet de la portion conique 64.
Le plateau de la partie mobile comprend pour sa part des moyens d'injection de gaz comprenant des conduits 69 et des déflecteurs 70 disposés au niveau de la partie supérieure du second manchon, sur la périphérie de l'arbre, similaires à ceux décrit dans le second mode de réalisation. La figure 10 montre de façon schématique, en coupe partielle, une turbine 80 équipée de joints 82, 83 selon l'invention selon un quatrième et un cinquième mode de réalisation.
La turbine comprend un arbre mobile 84 en rotation autour d'un axe A, l'arbre 84 étant partiellement logé dans une enceinte 85. L'arbre 84 comprend un ensemble de pales 86, les pales 86 étant destinées à être entraînées en rotation par un gaz sous pression entrant dans l'enceinte par une première ouverture 87 dans l'enceinte et sortant par une seconde ouverture 88 dans l'enceinte 85. Entre les pales 86 sont disposées des organes de guidage du flux 89 de gaz fixes par rapport à l'enceinte 85, ces organes de guidage de flux 89 présentant des fentes 90 destinées à limiter les turbulences du flux de gaz.
Deux joints 82 selon un quatrième mode de réalisation sont disposés au niveau de la liaison entre l'enceinte 85 et l'arbre mobile 84.
Des moyens de liaison mécanique 92, constitués par exemple par des roulements, permettent de reprendre les efforts mécaniques et d'assurer la rotation entre l'arbre et l'enceinte avec une tolérance de mouvement axial très faible. Afin d'éviter le passage du gaz entre les organes de guidage de flux 89 et l'arbre mobile 84 en dehors des fentes de guidage 90, des joints 83 selon un cinquième mode de réalisation de l'invention sont disposés entre les organes de guidage de flux 89 et l'arbre 84 de la turbine 80.
Ainsi que représenté sur la figure 11 , un joint selon le quatrième mode de réalisation comprend deux peignes 93, 94 comprenant des alternances d'ailettes et de rainures. Ces peignes 93, 94 sont imbriqués et mobiles l'un par rapport à l'autre de façon à former des chambres à volume croissant. La zone d'interface définie par ces peignes 93, 94 s'étendant de façon perpendiculaire à l'axe de rotation A. Le joint comprend deux chambres intermédiaires 95, positionnées au niveau sensiblement du tiers et des deux tiers de la succession de chambres de décompression, en considérant la dimension radiale du joint. Ces chambres intermédiaires 95 communiquent en amont et en aval avec les chambres de décompression. Ces deux chambres intermédiaires ne sont pas visibles sur la figure
11. Il est possible de les réaliser comme indiqué sur la figure 14 en supprimant simplement une ailette d'un peigne. La figure 14 est une figure schématique dans laquelle les dimensions réelles ne sont pas respectées.
Les chambres intermédiaires 95 permettent une décompression du gaz dans un rapport important, correspondant sensiblement au rapport des volumes entre la chambre de décompression précédant la chambre intermédiaire et cette dernière.
Il est également possible de réaliser, au niveau d'une chambre intermédiaire 95 une régulation de pression, notamment par des moyens d'aspiration 91 , pour permettre de réaliser une aspiration d'une fuite résiduelle et de s'assurer ainsi que le gaz présent à l'intérieur de l'enceinte n'atteint pas l'extérieur.
En se référant à la figure 13, un exemple est illustré en supposant que la pression à l'extérieur de l'enceinte est de l'ordre de 1 bar et que la pression dans l'enceinte de la turbine est de l'ordre de 100 bar. Le joint comprend environ 200 chambres de décompression d'un volume d'environ 7 cm3 à environ 80 cm3, deux chambres intermédiaires d'un volume 10 fois supérieur aux chambres adjacentes étant ménagées au niveau du tiers et des deux tiers de la succession de chambres de décompression.
La figure 13 représente l'évolution de la pression dans les différentes chambres. Il apparaît que la pression au niveau de la seconde chambre intermédiaire est de l'ordre de 0, 2 bar. Il suffit donc de maintenir par une aspiration cette pression pour assurer une pression inférieure à la fois à la pression extérieure et à la pression intérieure.
Dans ces conditions, il existe une isolation totale entre l'enceinte et le milieu extérieur à l'enceinte.
Seul un débit de fuite à très faible pression est à retraiter.
Ces dispositions sont particulièrement avantageuse dans le cas par exemple d'une turbine fonctionnant avec un gaz radioactif, par exemple constitué par de l'hélium, car il convient qu'aucune fuite dans le milieu extérieur ne soit engendrée.
Il est à noter que la régulation de la pression par une aspiration de la fuite résiduelle n'est pas obligatoirement réalisée au niveau d'une chambre intermédiaire. Ce choix est toutefois avantageux étant donné la dimension de cette chambre. II est à noter que le positionnement des chambres intermédiaires ainsi que leur nombre peut être modifié pour s'adapter à chaque application. Dans le cas de la turbine de la figure 10, un premier peigne 93 est solidaire des organes de guidage de flux fixés sur l'enceinte, et le second peigne 94 est solidaire de l'arbre de la turbine.
Ainsi que représenté sur la figure 12, un joint 83 selon le cinquième mode de réalisation de l'invention comprend des ensembles 96 de chambres à volume croissant formés par deux peignes 97, 98 comprenant des ailettes et de rainures, imbriqués et mobiles l'un par rapport à l'autre. La zone d'interface définie par ces peignes 97,98 s'étendant de façon parallèle à l'axe de rotation.
Un jeu 99 est ménagé entre le bord des ailettes et le fond des rainures en vue de permettre une dilatation longitudinale des ailettes.
Entre deux ensembles 96 de chambres à volume croissant successifs est disposée une chambre intermédiaire 100 dont le volume est très supérieur à celui des chambres situées de façon adjacente à la chambre intermédiaire et appartenant aux deux ensembles l'entourant. Dans le cas de la turbine de la figure 10, un premier peigne 97 est solidaire des organes de guidage de flux fixés sur l'enceinte, et le second peigne 98 est solidaire de l'arbre de la turbine.
Bien entendu, les modes de réalisation des joints sont décrits en référence à des applications particulières, mais peuvent être utilisés pour d'autres applications.
Les principales applications de l'invention concernent, outre les hélicoptères et les turbines comme nous illustré en référence aux figures, les turbines moteur ou turbine à gaz de moteurs à combustion, les moteurs à air comprimé, les turbocompresseurs, les compresseurs et les pompes dans lesquels doit être réalisée une étanchéité et/ou une récupération de fuite.
De même, les joints peuvent être utilisés dans une centrifugeuse par exemple pour les isotopes d'uranium ou de tout autre produit gazeux, pour éviter les pollutions extérieures. Les joints peuvent être utilisés dans les machines outils, par exemple un poste de soudure à argon comprenant un arbre rotatif, fonctionnant sous atmosphère contrôlée, en particulier dans des salles blanches, pour éviter une contamination de cette atmosphère contrôlée.
Les joints selon l'invention sont également utilisables pour assurer l'étanchéité au niveau d'arbres moteur par exemple pour des arbres moteurs d'avion, de bateau ou de sous-marins. Dans le cas d'un arbre moteur de sous-marin, Le but de l'utilisation d'un joint est d'éviter l'entrée de liquide sous forte pression dans le joint. A cet effet, le joint utilisé comporte une première partie présentant des chambres de décompression de volume croissant entre l'espace intérieure et une chambre intermédiaire, au niveau de laquelle est réalisée une injection de gaz, puis une deuxième série de chambre de compression de volume décroissant entre la chambre intermédiaire et l'extérieur. Le gaz sous pression injecté au niveau de la chambre intermédiaire et comprimé par les chambres de compression permet de maintenir le liquide à l'extérieur de l'enceinte du sous-marin.
Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de ce joint, décrites ci-dessus à titre d'exemples, mais elle embrasse au contraire toutes les variantes.
En particulier, si l'on veut augmenter la pression dans la conduite, il est possible d'augmenter le nombre de chambres de décompression.

Claims

REVENDICATIONS
1. Joint tournant destiné à séparer une première zone de forte pression et une seconde zone de faible pression comportant une première et une seconde parties (7, 8, 37, 38, 59, 60, 93, 94, 97, 98) mobiles l'une par rapport à l'autre autour d'un axe de rotation (A) caractérisé en ce que les première et seconde parties (7, 8, 37, 38, 59, 60, 93, 94, 97, 98) comportent chacune une zone d'interface (30) présentant une pluralité d'éléments en saillie et en retrait (29, 67, 65) de formes complémentaires, les éléments en saillie et en retrait (29, 67, 65) de l'une des parties (7, 8, 37, 38, 59, 60, 93, 94, 97, 98) s'imbriquant avec les éléments en saillie et en retrait (26) de l'autre partie (7, 8, 37, 38, 59, 60, 93, 94, 97, 98) de manière à former des chambres de décompression à volume croissant à partir de la zone de forte pression vers la zone de faible pression, les zones d'interfaces étant situées à distance l'une de l'autre sans frottement entre elles.
2. Joint tournant selon la revendication 1 comprenant au moins une chambre intermédiaire (95, 100) situé entre deux chambres de décompression, dont le volume est à la fois supérieur à la chambre de décompression précédente et à la chambre de décompression suivante.
3. Joint tournant selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au moins l'une des deux parties mobiles (7, 8, 37, 38, 59, 60, 93, 94, 97, 98) comporte des moyens d'aspiration de gaz (91 ) débouchant dans l'espace délimité par les deux zones d'interface.
4. Joint tournant selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au moins l'une des deux parties (7, 8, 37, 38, 59, 60, 93, 94, 97, 98) du joint comporte des moyens d'injection de gaz sous pression (32, 56, 70) débouchant dans l'espace délimité par les deux zones d'interface (30).
5. Joint tournant selon la revendication 4, dans lequel les moyens d'injection de gaz (32) sont réglables.
6. Joint tournant selon l'une des revendications 4 ou 5, dans lequel les moyens d'injection (32, 55, 56, 69, 70) sont disposés en périphérie de la zone d'interface (30) correspondante.
7. Joint tournant selon l'une des revendications 4 à 6, dans lequel les moyens d'injection (32, 55, 56, 69, 70) débouchent dans une gorge ménagée dans la paroi de la zone d'interface et s'étendant sur une circonférence autour de l'axe de rotation (A).
8. Joint tournant selon la revendication 4, dans lequel les moyens d'injection de gaz comprennent des déflecteurs (56, 70) disposés sur une partie mobile du joint et destinés à comprimer le gaz par un effet dynamique.
9. Joint tournant selon l'une des revendications 4 à 8, dans lequel les moyens d'injection de gaz comprennent au moins une buse d'injection (32).
10. Joint tournant selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les éléments en saillie et en retrait sont formés par des ailettes annulaires (29, 67, 65) délimitant entre elles des rainures annulaires complémentaires, les ailettes (29, 67, 65) de l'une des parties mobiles (7, 8, 37, 38, 59, 60) s'imbriquant dans les rainures de l'autre partie mobile (J, 8, 37, 38, 59, 60) et inversement pour délimiter les chambres de décompression.
11. Joint selon la revendication 10, dans lequel un jeu (99) est ménagé entre le bord des ailettes et le fond des rainures en vue de permettre une dilatation longitudinale des ailettes.
12. Joint tournant selon les revendications 10 ou 11 , dans lequel les ailettes (29, 67, 65) présentent un bord formant avec le fond de la rainure situé en regard un rétrécissement progressif.
13. Joint tournant selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les parois des chambres de décompression comportent des rugosités.
14. Joint tournant selon la revendication 3, dans lequel les rugosités comprennent des stries orientées vers le fond de la chambre de décompression.
15. Joint tournant selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les zones d'interface (30) s'étendent concentriquement à l'axe de rotation (A) et transversalement à ce même axe (A).
16. Joint tournant selon l'une des revendications 1 à 14, dans lequel les zones d'interfaces s'étendent parallèlement à la direction de l'axe de rotation (A).
17. Joint tournant selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les première et seconde parties comprennent respectivement une première (12) et une seconde (13) portions de conduite, disposées suivant l'axe de rotation (A) des parties mobiles (7, 8) et dans le prolongement l'une de l'autre, de manière à former une conduite continue étanche destinée à assurer l'acheminement d'un gaz sous pression.
18. Joint tournant selon les revendications 9 et 17, dans lequel la ou les buses d'injection (32) sont reliées à l'une des portions de conduite (12, 13).
19. Joint tournant selon l'une des revendications 9 et 18, dans lequel la pression des gaz injectés par les moyens d'injection (32) est inférieure à 10 % de la pression des gaz circulant dans les portions de conduite (12, 13).
20. Joint tournant selon l'une des revendications 1 à 16, dans lequel la première partie (37, 59) du joint est solidaire de la paroi (36) d'une enceinte délimitant une première zone (Z1) de forte pression intérieure et une seconde zone extérieure (Z2) de plus faible pression, et la seconde partie (38, 60) est solidaire d'un arbre mobile (35, 58) traversant la paroi de l'enceinte.
21. Rotor (5) pour moteur à gaz comportant un joint tournant (6) selon l'une des revendications précédentes.
22. Appareil à hélices entraînées par l'éjection de gaz sous pression sur une pale de l'hélice, notamment hélicoptère (1 ) comportant un rotor selon la revendication 21.
23. Turbine ou Compresseur comprenant un joint tournant selon la revendication 20.
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