EP4684103A1 - Joint d'étanchéité pour une turbomachine d'aéronef - Google Patents

Joint d'étanchéité pour une turbomachine d'aéronef

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Publication number
EP4684103A1
EP4684103A1 EP24719602.5A EP24719602A EP4684103A1 EP 4684103 A1 EP4684103 A1 EP 4684103A1 EP 24719602 A EP24719602 A EP 24719602A EP 4684103 A1 EP4684103 A1 EP 4684103A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
radially
strips
seal
annular wall
sector
Prior art date
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Pending
Application number
EP24719602.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Benoît Alexandre INGOUF
Julian Nicolas GIRARDEAU
Sylvain Romain Réal BRAULT
Laurent Cédric Zamai
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
Safran Aircraft Engines SAS
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran Aircraft Engines SAS filed Critical Safran Aircraft Engines SAS
Publication of EP4684103A1 publication Critical patent/EP4684103A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/001—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between stator blade and rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/02—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type
    • F01D11/025—Seal clearance control; Floating assembly; Adaptation means to differential thermal dilatations
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    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
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    • F01D11/04—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type using sealing fluid, e.g. steam
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    • F01D11/12—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part
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    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/14—Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing
    • F01D11/16—Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing by self-adjusting means
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    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/30—Arrangement of components
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    • F05D2250/311—Arrangement of components according to the direction of their main axis or their axis of rotation the axes being in line
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/30—Retaining components in desired mutual position
    • F05D2260/38—Retaining components in desired mutual position by a spring, i.e. spring loaded or biased towards a certain position

Definitions

  • the present disclosure relates to an annular sealing gasket, such as a hydrostatic annular sealing gasket.
  • the present document also relates to an assembly comprising such a gasket as well as a turbine or turbomachine comprising such a gasket.
  • FIG. 1 schematically represents a turbomachine 1 with a double flow of longitudinal axis X.
  • the turbomachine 1 generally comprises, from upstream AM to downstream AV according to the direction of flow of the gases within the turbomachine 1, a fan 2, a low-pressure compressor 3, a high-pressure compressor 4, a combustion chamber 5, a high-pressure turbine 6, a low-pressure turbine 7 and an exhaust system downstream of the turbomachine 1.
  • the gas flow, in particular air, entering upstream of the turbomachine 1 first circulates through the fan 2 and then divides, on the one hand, into an annular circulation vein called the primary vein 8, and on the other hand, into an annular circulation vein called the secondary vein 9 surrounding the primary vein 8.
  • the low-pressure compressor 3, the high-pressure compressor 4, the combustion chamber 5, the high-pressure turbine 6 and the low-pressure turbine 7 are arranged in the primary vein 8.
  • the terms “longitudinal”, “radial” and “circumferential” are defined relative to the longitudinal axis X of the turbomachine 1, the longitudinal axis X coinciding with the axis of rotation of the low-pressure and high-pressure rotors of the turbomachine 1.
  • the terms “inner” and “outer”, as well as “internal” and “external”, are then defined in the radial direction relative to the longitudinal axis X.
  • the terms, upstream and downstream are defined relative to the general direction of flow of the gases in the turbomachine along the longitudinal axis X around which the turbomachine extends.
  • FIG. 2A schematically representing a partial view of a low-pressure turbine 7 with a longitudinal axis which comprises an alternation of annular rows of moving blades 9 arranged longitudinally in alternation with annular rows of stator blades 10.
  • FIG. 2 only two annular rows of rotor blades 9 and one annular row of stator blades 10 are shown.
  • the annular rows of rotor blades 9 or moving blades 9 are connected to each other by a cylindrical ferrule 1 1 .
  • Each of the annular rows of stator blades 10 comprises a radially inner annular platform 12 and a radially outer annular platform (not shown) between which a plurality of blades 13 extend.
  • the radially outer annular platform is fixed to a casing of the turbine.
  • the management of the seal between the end of the stator blades 10 and the shell 11 of the rotor is important to limit gas leaks between the rotor and the stator 10 and to control the pressure and temperature conditions on either side of said seal and also below the seal.
  • a radial annular partition 14 extending from said radially internal annular platform towards the inside, and carrying at one end the sealing member 15 intended to maintain in operation a small clearance with the corresponding shell of the rotor so as to limit the passage of air through the seal 15 in operation.
  • the hydrostatic annular seal 15 preferably comprises a ring 15a extending radially outward from the radially outer annular wall 24.
  • the ring 15a may have a U-shaped section, formed of two branches spaced longitudinally from one another and between which the radial partition 14 is arranged.
  • the two branches of the U-shaped ring and the radial partition 14 may be positioned relative to one another via centering pins.
  • the annular row of stator blades 10 carries an annular clearance-control seal 15 arranged radially inside the annular row of stator blades 10 and radially outside the cylindrical shell 11, the annular clearance-control seal 22 cooperating in a contactless seal with the cylindrical shell 11 in order to limit circulation from upstream of the annular row of stator blades 10 to downstream in the annular space between the seal 15 and the cylindrical shell 11.
  • such a clearance control seal 15 operates with a small and controlled annular clearance between the latter and the shell 11 when the turbine is in operation. Furthermore, this type of seal aims to achieve an adaptation of the clearance in operation.
  • the use of the hydrostatic seal 15 then offers the advantage of limiting the leakage flow at the level of the seal, and thus makes it possible to improve the performance of the turbomachine and to reduce the requirements in terms of thermal and mechanical stresses when dimensioning the various components of the turbine 7.
  • the hydrostatic annular seal 15 may be formed of two concentric annular walls 16, 17, and a plurality of elastically deformable members arranged circumferentially next to each other and extending between the two walls 16, 17 and including in particular elastically deformable blades 18 extending circumferentially.
  • document WO 2009/148787 describes such a seal. This configuration makes it possible to improve the control of the radial deformation of the seal 15, and therefore the control of the clearance between the seal 15 and the ferrule 11 cooperating with the sealing gasket 15 so as to limit the passage of air.
  • the present document relates to a seal for an aircraft turbomachine comprising a plurality of seal sectors distributed circumferentially around a longitudinal axis, each seal sector comprising a radially inner annular wall sector and a radially outer annular wall sector connected to each other by an elastically deformable member, in which each radially inner annular wall sector is connected to an inner radial tab and each radially outer annular wall sector is connected to an outer radial tab, the inner and outer tabs being connected to each other by the elastically deformable member which is formed of a stack of a plurality of adjoining elastic strips.
  • Another effect created by stacking the lamellae is the creation of differential microdisplacements between a lamella and its radial neighbor(s), when all of them are subjected to bending (traction-compression).
  • the differential displacements occur both in the case of a static deformation and in the case of a modal deformation. Consequently, the architecture allows the lamellae to rub against each other, thus creating damping by energy dissipation. This damping makes it possible to improve the dynamic behavior of the seal, by limiting the amplitude of the modal deformations.
  • At least one of the internal radial tab and the external tab comprises a notch in which a circumferential end of each of the strips is engaged longitudinally, said strips being held radially in said notch.
  • each of the internal and external radial legs comprises a notch in which a circumferential end of each of the strips is engaged longitudinally, said strips being held radially in said notch.
  • the internal radial tab of a seal sector comprises a circumferentially traversing recess in which a circumferential end of each of the strips is engaged, a locking member traversing the thickness of the strips so as to fix the strips to the radially internal annular wall sector.
  • the locking member may be a pin passing through the radially internal annular wall sector and the internal radial tab.
  • the circumferential dimension of the slats may be greater than the thickness dimension and the longitudinal dimension of the slats so that the slats exhibit mechanical deformation behavior similar to that of a beam.
  • the slats are thus devoid of fixing between their circumferential ends for fixing to the internal and external radial legs.
  • the slats may be metallic, the slats being welded to the radial tabs at their circumferential ends.
  • the radially external annular wall sectors can form a monolithic annular wall, the radially internal annular wall sectors being arranged circumferentially end to end.
  • the present document also relates to a turbine for a turbomachine, for example an aircraft turbine, the turbine comprising a rotor and a casing, a distributor mounted in the casing, the distributor carrying a seal as described above and the rotor comprising a cylindrical shroud driven in rotation about the longitudinal axis and the cylindrical shroud being arranged radially under the distributor.
  • a turbomachine comprising a seal or a turbine as described above.
  • FIG. 1 schematically illustrates a sectional view of an example of a turbomachine
  • FIG. 2C similar to Fig. 2A illustrates a mode of connection of the seal to the stator
  • FIG. 3A represents a seal 19 for a turbomachine, for example an aircraft, comprising a plurality of seal sectors 20 distributed circumferentially around a longitudinal axis X.
  • Each seal sector 20 comprises a radially inner annular wall sector 22 and a radially outer annular wall sector 24 connected to each other by an elastically deformable member 26, in which each radially inner annular wall sector 22 is connected to an inner radial tab 28 and each radially outer annular wall sector 24 is connected to an outer radial tab 30, the inner 28 and outer 30 tabs being connected to each other by the elastically deformable member 26 formed of a stack of a plurality of adjoining elastic strips.
  • the external annular wall is here monolithic but could also be formed from a plurality of sectors.
  • the elastically deformable member 26 thus comprises a stack of a plurality of contiguous strips 32.
  • the strips are in contact with each other but are only fixed to each other at their connecting ends to the internal radial tab 28 and external radial tab 30.
  • the adjustment of the radial stiffness of each joint sector can be carried out very simply by modifying the number and thickness of the strips and can be calculated analytically.
  • the strips can be sheets whose dimensional characteristics can be as determined below.
  • the stacking of the slats 32 creates differential micro-displacements between a slat 32 and its radial neighbor(s), when all of them are subjected to bending (traction compression). This comes from the fact that the overall deformation is indeed that of a beam in bending, but that, within each of the sheets taken individually, the free edges at the interface undergo opposing stresses: traction on one side, compression on the other.
  • the differential displacements occur both in the case of a static deformation and in the case of a modal deformation. Consequently, the architecture allows the slats to rub against each other, thus creating damping by energy dissipation.
  • the slats 32 are fixed to each other and to the internal 28 and external 30 radial legs at their circumferential ends. Thus, the slats are devoid of fixing outside of their said circumferential ends and are simply joined.
  • the lamellae 32 are formed by metal lamellae, for example made of steel, titanium, aluminum alloy, cobalt-based alloy, nickel-based alloy, the lamellae can be welded to the radial tabs at their circumferential ends.
  • Each lamella can comprise a thickness of between 0.05 to 5 mm and a width in the longitudinal direction of between 5 to 50 mm.
  • the elastically deformable member can comprise between 2 and 40, preferably between 2 and 30 lamellae.
  • At least one of the inner radial tab 28 and the outer tab 30 may comprise a notch 34 in which the circumferential ends of the slats 32 are engaged longitudinally, said slats 32 being retained radially in said notch 34.
  • the notch 34 is illustrated on the inner radial tab 28.
  • the same notch may be formed on the outer radial tab 30.
  • the block of slats 32 may be easily removed and replaced, which limits the intervention time and the parts to be changed.
  • the notches 34 may open longitudinally to allow the slats to be mounted (FIG. 4A).
  • An axial locking plate may be arranged on the face of the internal radial wall 28 and/or external wall 30 at which the notch 34 opens.
  • the notch 34 may be closed at its open end, i.e. at its upstream end, by a sheet metal 29 fixed to the upstream face of the internal radial tab 28. This sheet metal 29 may be fixed by welding or brazing. In another embodiment illustrated in FIG. 4B, the notch 34 may not open longitudinally.
  • the internal radial tab 28 of a seal sector may comprise a recess 36 or circumferentially passing through orifice in which circumferential ends of slats 32 are engaged, a locking member 38 longitudinally and circumferentially locking the slats 32 between the radially internal annular wall sectors 22 (FIG. 6).
  • the slats 32 may extend circumferentially on either side of the internal radial tab 28 and are locked on this tab 28 by the member 38.
  • the locking member 38 may be a rod inserted into a bore in the internal radial tab 28 and into orifices in the slats 32.
  • Figure 5 shows several ways of connecting the slats to the legs.
  • Figure 5 thus illustrates three types of slats 32a, 32b, 32c.
  • the slat 32a has a shape rectangular and includes two holes 40 at its ends.
  • the strip 32b has a rectangular shape and includes two ears or protrusions 42 each having a hole 40, the protrusions are formed at the circumferential ends of the strip 32b.
  • the strip 32c has a rectangular shape and is identical to the strip 32b except that it does not have a hole in the ears or protrusions.
  • Figure 7 illustrates four embodiments of a rectangular-shaped strip 44a, 44b, 44c, 44d.
  • the strips are hollowed out, which makes it possible, as required, to reduce the surface area in contact with the sheets, reduce the total weight of the elastically deformable member, and adjust the stiffness in the different directions of the elastically deformable member.
  • the strip 44a comprises a substantially rectangular central recess and two portions 46 connecting the vertices of the rectangle.
  • the strip 44b comprises two portions 48 connecting the largest edges of the rectangular shape of the strip 44b.
  • the two portions 48 are substantially perpendicular to said largest edges. These two portions 48 can also be inclined as in the strip 44c and not necessarily parallel to each other.
  • the strip 44d comprises a central recess 50 of elliptical shape.
  • the recess can also be of any other shape (circular, rectangular, trapezoidal, etc.).

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Abstract

L'invention concerne un joint d'étanchéité pour une turbomachine d'aéronef comprenant une pluralité de secteurs (20) de joint d'étanchéité répartis circonférentiellement autour d'un axe longitudinal (X), chaque secteur (20) de joint d'étanchéité comprenant un secteur de paroi annulaire radialement interne (22) et un secteur de paroi annulaire radialement externe (24) reliés l'un à l'autre par un organe élastiquement déformable (26), dans lequel chaque secteur de paroi annulaire radialement interne (22) est relié à une patte radiale interne (28) et chaque secteur de paroi annulaire radialement externe (24) est relié à une patte radiale externe (24), les pattes interne (28) et externe (30) étant reliées l'une à l'autre par l'organe élastiquement déformable (26) qui est formé d'un empilement d'une pluralité de lamelles (32) élastiques jointives.

Description

Description
Titre : Joint d’étanchéité pour une turbomachine d’aéronef
Domaine technique
[0001] La présente divulgation se rapporte à un joint annulaire d’étanchéité, tel qu’un joint annulaire d’étanchéité hydrostatique. Le présent document concerne également un ensemble comprenant un tel joint ainsi qu’une turbine ou une turbomachine comprenant un tel joint.
Technique antérieure
[0002] La figure 1 représente schématiquement une turbomachine 1 à double flux d’axe longitudinal X. La turbomachine 1 comprend, de manière générale, de l’amont AM vers l’aval AV selon le sens d’écoulement des gaz au sein de la turbomachine 1 , une soufflante 2, un compresseur basse pression 3, un compresseur haute pression 4, une chambre de combustion 5, une turbine haute pression 6, une turbine basse pression 7 et un système d’échappement à l’aval de la turbomachine 1. Le flux de gaz, notamment de l’air, entrant en amont de la turbomachine 1 circule d’abord à travers la soufflante 2 puis se divise, d’une part, dans une veine de circulation annulaire dite veine primaire 8, et d’autre part, dans une veine de circulation annulaire dite veine secondaire 9 entourant la veine primaire 8. Le compresseur basse pression 3, le compresseur haute pression 4, la chambre de combustion 5, la turbine haute pression 6 et la turbine basse pression 7 sont ménagés dans la veine primaire 8.
[0003] Dans le présent document, les termes « longitudinal », « radial » et « circonférentiel » sont définis par rapport à l’axe longitudinal X de la turbomachine 1 , l’axe longitudinal X étant confondu avec l’axe de rotation des rotors basse pression et haute pression de la turbomachine 1. Les termes « intérieur » et « extérieur », ainsi que « interne » et « externe », sont alors définis selon la direction radiale par rapport à l’axe longitudinal X. Les termes, amont et aval sont définis par rapport à la direction générale d’écoulement des gaz dans la turbomachine le long de l’axe longitudinal X autour duquel s’étend la turbomachine
[0004] Il est maintenant fait référence à la figure 2A représentant schématiquement une vue partielle d’une turbine 7 basse pression d’axe longitudinal qui comprend une alternance de rangées annulaires d’aubes mobiles 9 disposées longitudinalement en alternance avec des rangées annulaires d’aubes statoriques 10. Sur la figure 2, seules deux rangées annulaires d’aubes de rotor 9 et une rangée annulaire d’aubes statoriques 10 sont représentées. Les rangées annulaires d’aubes de rotor 9 ou d’aubes mobiles 9 sont reliées l’une à l’autre par une virole cylindrique 1 1 .
[0005] Chacune des rangées annulaires d’aubes statoriques 10 comprend une plateforme annulaire radialement interne 12 et une plateforme annulaire radialement externe (non représentée) entre lesquelles s’étendent une pluralité de pales 13. La plateforme annulaire radialement externe est fixée à un carter de la turbine.
[0006] La gestion de l’étanchéité entre l’extrémité des aubes statoriques 10 et la virole 11 du rotor est importante pour limiter les fuites de gaz entre le rotor et le stator 10 et pour maîtriser les conditions de pression et de température de part et d’autre de ladite étanchéité et également en dessous de l’étanchéité. A cette fin, il est connu de ménager une cloison annulaire radiale 14 s’étendant depuis ladite plateforme annulaire radialement interne vers l’intérieur, et portant à une extrémité l’organe d’étanchéité 15 destiné à maintenir en fonctionnement un faible jeu avec la virole correspondante du rotor de sorte à limiter le passage de l’air à travers le joint 15 en fonctionnement. En référence à la figure 2C, le joint annulaire hydrostatique 15 comporte de préférence un anneau 15a s’étendant radialement vers l’extérieur depuis la paroi annulaire radialement externe 24. Par exemple, l’anneau 15a peut présenter une section en U, formées de deux branches espacées longitudinalement l’une de l’autre et entre lesquelles est agencée la cloison radiale 14. Les deux branches de l’anneau en U et la cloison radiale 14 peuvent être mis en position l’un par rapport à l’autre via des pions de centrage.
[0007] A cette fin et comme représenté aux figures 2A et 2B, la rangée annulaire d’aubes statoriques 10 porte un joint annulaire à maîtrise de jeu 15 agencé radialement à l’intérieur de la rangée annulaire d’aubes statoriques 10 et radialement à l’extérieur de la virole cylindrique 11 , le joint annulaire à maîtrise de jeu 22 coopérant à étanchéité sans contact avec la virole cylindrique 1 1 afin de limiter la circulation depuis l’amont de la rangée annulaires d’aubes de stator 10 vers l’aval dans l’espace annulaire entre le joint 15 et la virole cylindrique 11 .
[0008] En particulier, un tel joint à maîtrise de jeu 15 fonctionne avec un jeu annulaire faible et maîtrisé entre ce dernier et la virole 11 lorsque la turbine est en fonctionnement. Par ailleurs, ce type de joint vise à réaliser une adaptation du jeu en fonctionnement. L’utilisation du joint hydrostatique 15 offre alors l’avantage de limiter l’écoulement de fuite au niveau de l’étanchéité, et permet ainsi d’améliorer les performances de la turbomachine et de diminuer les exigences en termes de sollicitations thermiques et mécaniques lors du dimensionnement des différents composants de la turbine 7. [0009] Comme représenté en figure 2B, le joint annulaire hydrostatique 15 peut être formé de deux parois annulaires concentriques 16, 17, et d’une pluralité d’organes élastiquement déformables agencés circonférentiellement les uns à côté des autres et s’étendant entre les deux parois 16, 17 et comportant notamment des lames 18 élastiquement déformables s’étendant circonférentiellement. Par exemple, le document WO 2009/148787 décrit un tel joint. Cette configuration permet d’améliorer la maîtrise de la déformation radiale du joint 15, et donc la maîtrise du jeu entre le joint 15 et la virole 1 1 coopérant avec le joint d’étanchéité 15 de manière à limiter le passage d’air.
[0010] Le présent document vise à apporter une solution simple, fiable et économique à ce besoin.
Résumé
[0011] Le présent document concerne un joint d’étanchéité pour une turbomachine d’aéronef comprenant une pluralité de secteurs de joint d’étanchéité répartis circonférentiellement autour d’un axe longitudinal, chaque secteur de joint d’étanchéité comprenant un secteur de paroi annulaire radialement interne et un secteur de paroi annulaire radialement externe reliés l’un à l’autre par un organe élastiquement déformable, dans lequel chaque secteur de paroi annulaire radialement interne est relié à une patte radiale interne et chaque secteur de paroi annulaire radialement externe est relié à une patte radiale externe, les pattes interne et externe étant reliées l’une à l’autre par l’organe élastiquement déformable qui est formé d’un empilement d’une pluralité de lamelles élastiques jointives.
[0012] La formation d’un organe élastiquement déformable à lamelles jointives permet de relier le secteur de paroi annulaire radialement interne au secteur de paroi annulaire radialement externe. Ainsi, le secteur de paroi annulaire radialement interne peut se déplacer radialement en se déformant par flexion de l’organe élastiquement déformable de manière maîtrisée via sa raideur radiale, tout en étant robuste à la torsion et aux efforts axiaux engendrés par la différence de pression entre l’amont et l’aval du joint lorsque celui- ci est agencé en vis-à-vis d’une virole cylindrique tournante.
[0013] Les lamelles élastiques jointives peuvent être démontées des pattes interne et externe ce qui permet de facilement remplacer un secteur de joint qui serait défaillant directement durant les opérations de maintenance. En effet, il est possible de déposer uniquement les lamelles jointives ou encore les lamelles jointives et un secteur de paroi radialement interne, sans avoir à changer l’intégralité du joint annulaire, ce qui permet de diminuer le coût d’utilisation de ce type de joint d’étanchéité. [0014] L’ajustement de la raideur radiale du joint d’étanchéité s’effectue simplement en modifiant le nombre et l’épaisseur des lamelles, ce qui peut être réalisé analytiquement.
[0015] Cette architecture de joint d’étanchéité permet de travailler à des raideurs faibles sans pour autant être confronté à des problématiques de fabrication telles que l’épaisseur minimale fabricable par usinage conventionnel (fraisage, tournage, etc) ou par procédés spéciaux (EDM, etc). En effet, les lamelles peuvent être obtenues à partir d’un approvisionnement en plaques laminées dont le procédé de fabrication offre une maîtrise précise de la côte d’épaisseur.
[0016] Par ailleurs, on s’affranchit des secteurs de joints d’étanchéité non conformes car la raideur du joint d’étanchéité n’est pas obtenue suite à un quelconque usinage qui pourrait entrainer des pièces hors tolérances. Dans ce système, la raideur radiale du joint d’étanchéité est directement liée à l’empilement des lamelles. Or, l’épaisseur et l’intervalle de tolérance des lamelles est connu avant assemblage. Il est donc possible de choisir la combinaison d’épaisseur des lamelles à assembler pour obtenir la raideur ciblée.
[0017] Un autre effet créé par l’empilement des lamelles est la création de microdéplacements différentiels entre une lamelle et sa ou ses voisine(s) radialement, lorsque l’ensemble d’entre elles est soumis à de la flexion (traction compression). Ceci provient du fait que la déformée d’ensemble est bien celle d’une poutre en flexion, mais, qu’au sein de chacune des tôles prises individuellement, les bords libres à l’interface subissent des sollicitations opposées : traction d’un côté, compression de l’autre. Les déplacements différentiels s’opèrent tant dans le cas d’une déformée statique que dans le cas d’une déformée modale. En conséquence, l’architecture permet le frottement des lamelles les unes contre les autres, créant ainsi un amortissement par dissipation d’énergie. Cet amortissement permet d’assainir le comportement dynamique du joint d’étanchéité, en limitant l’amplitude des déformées modales.
[0018] Enfin, la solution est compacte radialement, ce qui permet de faciliter l’intégration du joint d’étanchéité dans son environnement.
[0019] Selon une autre caractéristique, au moins l’une de la patte radiale interne et de la patte externe comprend une encoche dans laquelle est engagée longitudinalement une extrémité circonférentielle de chacune des lamelles, lesdites lamelles étant maintenues radialement dans ladite encoche.
[0020] Selon une autre caractéristique, chacune des pattes radiales interne et externe comprend une encoche dans laquelle est engagée longitudinalement une extrémité circonférentielle de chacune des lamelles, lesdites lamelles étant maintenues radialement dans ladite encoche. [0021] Selon une autre caractéristique, la patte radiale interne d’un secteur de joint comprend un évidement traversant circonférentiellement dans lequel est engagés une extrémité circonférentielle de chacune des lamelles, un organe de blocage traversant l’épaisseur des lamelles de sorte à fixer les lamelles au secteur de paroi annulaire radialement interne.
[0022] Dans une réalisation particulière, l’organe de blocage peut être une goupille traversant le secteur de paroi annulaire radialement interne et la patte radiale interne.
[0023] Selon une autre caractéristique, la dimension circonférentielle des lamelles peut être supérieure à la dimension d’épaisseur et la dimension longitudinale des lamelles de sorte à ce que les lamelles présentent un comportement en déformation mécanique analogue à celui d’une poutre.
[0024] Selon une autre caractéristique, les lamelles peuvent être fixées les unes aux autres et aux pattes radiales interne et externe au niveau de leurs extrémités circonférentielles.
[0025] Les lamelles sont ainsi dépourvues de fixation entre leurs extrémités circonférentielles de fixation aux pattes radiales interne et externe.
[0026] L’absence de liaison entre les lamelles entre leurs extrémités circonférentielles permet d’obtenir une souplesse plus importante qu’avec une lame unique présentant la même épaisseur que la somme de l’épaisseur de toutes les lamelles.
[0027] Selon une autre caractéristique, l’organe élastiquement déformable comprend entre 2 et 40, de préférence entre 2 et 30 lamelles empilées.
[0028] Selon une autre caractéristique, chaque lamelle peut comprendre une épaisseur comprise entre 0,05 à 5 mm et une largeur dans la direction longitudinale comprise entre 5 à 50 mm.
[0029] Selon une autre caractéristique, les lamelles peuvent être métalliques, les lamelles étant soudées aux pattes radiales à leurs extrémités circonférentielles.
[0030] Selon une autre caractéristique, Selon une autre caractéristique, les secteurs de paroi annulaire radialement externe peuvent former une paroi annulaire monolithique, les secteurs de parois annulaire radialement interne étant agencés circonférentiellement bout à bout.
[0031] Le présent document concerne également une turbine pour une turbomachine, par exemple d’aéronef, la turbine comprenant un rotor et un carter, un distributeur monté dans le carter, le distributeur portant un joint d’étanchéité tel que décrit ci-dessus et le rotor comprenant une virole cylindrique entraînée en rotation autour de l’axe longitudinal et la virole cylindrique étant disposée radialement sous le distributeur. [0032] Le présent document concerne aussi une turbomachine comprenant un joint d’étanchéité ou une turbine tel que décrit ci-dessus.
Brève description des dessins
[0033] [Fig. 1] illustre schématiquement une vue en coupe d’un exemple de turbomachine ;
[0034] [Fig. 2] illustre schématiquement une vue partielle d’une partie d’une turbine, par exemple basse pression, la figure 2B étant un agrandissement du joint d’étanchéité illustré sur la figure 2A ;
[0035] [Fig. 2C] similaire à la figure 2A illustre un mode de liaison du joint d’étanchéité au stator ;
[0036] [Fig. 3] illustre une vue schématique en coupe d’un secteur de joint d’étanchéité à lamelles jointives selon le présent document ;
[0037] [Fig .4] illustre une vue schématique d’une patte radiale selon une variante ;
[0038] [Fig. 5] illustre trois réalisations A, B et C différentes de lamelles d’étanchéité destinées à former l’organe élastiquement déformable du joint d’étanchéité selon le présent document ;
[0039] [Fig. 6] illustre une variante de liaison des lamelles jointives ;
[0040] [Fig. 7] illustre quatre réalisations différentes d’une lamelle pour un joint d’étanchéité selon le présent document.
Description des modes de réalisation
[0041] On se réfère à la figure 3A qui représente un joint d’étanchéité 19 pour une turbomachine, par exemple d’aéronef, comprenant une pluralité de secteurs de joint d’étanchéité 20 répartis circonférentiellement autour d’un axe longitudinal X. Chaque secteur de joint d’étanchéité 20 comprend un secteur de paroi annulaire radialement interne 22 et un secteur de paroi annulaire radialement externe 24 reliés l’un à l’autre par un organe élastiquement déformable 26, dans lequel chaque secteur de paroi annulaire radialement interne 22 est relié à une patte radiale interne 28 et chaque secteur de paroi annulaire radialement externe 24 est relié à une patte radiale externe 30, les pattes interne 28 et externe 30 étant reliées l’une à l’autre par l’organe élastiquement déformable 26 formé d’un empilement d’une pluralité de lamelles élastiques jointives. La paroi annulaire externe est ici monolithique mais pourrait également être formée d’une pluralité de secteurs.
[0042] La patte interne 28 s’étend radialement vers l’extérieur depuis le secteur 22 de paroi annulaire radialement interne et la patte externe 24 s’étend radialement vers l’intérieur depuis le secteur 24 de paroi annulaire radialement externe. L’extrémité radialement externe de la patte radiale interne 28 est agencée à distance du secteur de paroi annulaire radialement externe 24. L’extrémité radialement interne de la patte radiale externe 30 est agencée à distance du secteur de paroi annulaire radialement interne 22. En fonctionnement, le secteur de paroi radialement interne 22 et la patte radiale interne 28 se déplace radialement-du fait de la flexion de l’organe élastiquement déformable.
[0043] Comme représenté en figure 3B, l’organe élastiquement déformable 26 comprend ainsi un empilement d’une pluralité de lamelles 32 jointives. Les lamelles sont en contact les unes avec les autres mais ne sont fixées les unes aux autres qu’à leurs extrémités de liaison aux patte radiale interne 28 et patte radiale externe 30. L’ajustement de la raideur radiale de chaque secteur de joint peut être réalisé très simplement en modifiant le nombre et l’épaisseur des lamelles et est calculable analytiquement. Les lamelles peuvent être des tôles dont les caractéristiques dimensionnelles peuvent être telles que déterminées ci- après.
[0044] La dimension circonférentielle des lamelles est suffisamment grande par rapport à la dimension radiale et la dimension longitudinale de sorte que les lamelles assurent une fonction de poutre de flexion. Le rapport de la longueur sur la largeur est de préférence supérieur à 2 et/ou le rapport de la longueur sur l’épaisseur est supérieur à 10.
[0045] Il est possible de calculer la raideur du bras souple de manière analytique via la formule suivante :
[0047] Avec E le module d'Young du matériau unique constituant les lames (MPa),l la largeur de lame (mm), e l’épaisseur de lame (mm), N le nombre de lames et L la longueur de lame (mm).
[0048] L’empilement des lamelles 32 créé des micro-déplacements différentiels entre une lamelle 32 et sa ou ses voisine(s) radialement, lorsque l’ensemble d’entre elles est soumis à de la flexion (traction compression). Ceci provient du fait que la déformée d’ensemble est bien celle d’une poutre en flexion, mais, qu’au sein de chacune des tôles prises individuellement, les bords libres à l’interface subissent des sollicitations opposées : traction d’un côté, compression de l’autre. Les déplacements différentiels s’opèrent tant dans le cas d’une déformée statique que dans le cas d’une déformée modale. En conséquence, l’architecture permet le frottement des lamelles les unes contre les autres, créant ainsi un amortissement par dissipation d’énergie. Cet amortissement permet d’assainir le comportement dynamique du joint, en limitant l’amplitude des déformées modales. [0049] Les lamelles 32 sont fixées les unes aux autres et aux pattes radiales interne 28 et externe 30 au niveau de leurs extrémités circonférentielles. Ainsi, les lamelles sont dépourvues de fixation en dehors de leurs dites extrémités circonférentielles et sont simplement jointives.
[0050] Dans une réalisation, les lamelles 32 sont formées par des lamelles métalliques, par exemple en acier, titane, alliage d’aluminium, alliage à base de cobalt, alliage à base de nickel, les lamelles peuvent être soudées aux pattes radiales à leurs extrémités circonférentielles. Chaque lamelle peut comprendre une épaisseur comprise entre 0,05 à 5 mm et une largeur dans la direction longitudinale comprise entre 5 à 50 mm. L’organe élastiquement déformable peut comprendre entre 2 et 40, de préférence entre 2 et 30 lamelles.
[0051] Au moins l’une de la patte radiale interne 28 et de la patte externe 30 peut comprendre une encoche 34 dans laquelle sont engagées longitudinalement les extrémités circonférentielles des lamelles 32, lesdites lamelles 32 étant retenues radialement dans ladite encoche 34. Sur la figure 4, l’encoche 34 est illustré sur la patte radiale interne 28. Une même encoche peut être formée sur la patte radiale externe 30. Par ailleurs, en cas de défaillance d’un joint annulaire 26, le bloc de lamelles 32 peut être facilement retiré et remplacé ce qui limite le temps d’intervention est les pièces à changer. Les encoches 34 peuvent déboucher longitudinalement pour permettre le montage des lamelles (figure 4A). Une plaquette de blocage axial peut être disposé sur la face de la paroi radiale interne 28 et/ou externe 30 au niveau de laquelle débouche l’encoche 34. L’encoche 34 peut être obturée à son extrémité débouchante, c’est-à-dire à son extrémité amont, par une tôle 29 fixée sur la face amont de la patte radiale interne 28. Cette tôle 29 peut être fixée par soudage ou brasage. Dans une autre forme de réalisation illustrée en figure 4B, l’encoche 34 peut ne pas être débouchante longitudinalement.
[0052] Dans une autre réalisation de l’invention, la patte radiale interne 28 d’un secteur de joint peut comprendre un évidement 36 ou orifice traversant circonférentiellement dans lequel sont engagés des extrémités circonférentielles de lamelles 32, un organe de blocage 38 bloquant longitudinalement et circonférentiellement les lamelles 32 entre les secteurs de parois annulaire radialement interne 22 (figure 6). En pratique, les lamelles 32 peuvent s’étendre de part et d’autre circonférentiellement de la patte radiale interne 28 et sont bloquées sur cette patte 28 par l’organe 38. L’organe de blocage 38 peut-être une tige insérée dans un perçage de la patte radiale interne 28 et dans des orifices des lamelles 32.
[0053] La figure 5 représente plusieurs manières de relier les lamelles aux pattes. La figure 5 illustre ainsi trois types de lamelles 32a, 32b, 32c. La lamelle 32a présente une forme rectangulaire et comprend deux perçages 40 à ses extrémités. La lamelle 32b présente une forme rectangulaire et comprend deux oreilles ou excroissances 42 comportant chacune un perçage 40, les excroissances sont formées aux extrémités circonférentielles de la lamelle 32b. La lamelle 32c présente une forme rectangulaire et est identique à la lamelle 32b sauf en ce qu’elle est dépourvue de perçage dans les oreilles ou excroissances.
[0054] La figure 7 illustre quatre formes de réalisation d’une lamelle 44a, 44b, 44c, 44d de forme rectangulaire. Dans chacune des réalisations, les lamelles sont évidées, ce qui permet selon le besoin de réduire la surface en contact des tôles, diminuer le poids total de l’organe élastiquement déformable, d’ajuster la raideur dans les différentes directions de l’organe élastiquement déformable.
[0055] La lamelle 44a comprend un évidement central sensiblement rectangulaire et deux portions 46 reliant les sommets du rectangle. La lamelle 44b comprend deux portions 48 reliant les plus grands bords de la forme rectangulaire de la lamelle 44b. Les deux portions 48 sont sensiblement perpendiculaire auxdits plus grands bords. Ces deux portions 48 peuvent encore être inclinées comme dans la lamelle 44c et pas nécessairement parallèles entre-elles. La lamelle 44d comprend un évidement central 50 de forme elliptique. L’évidement peut également être de toutes autres formes (circulaire, rectangulaire, trapézoïdale etc).

Claims

Revendications
[Revendication 1] Joint d’étanchéité pour une turbomachine d’aéronef comprenant une pluralité de secteurs (20) de joint d’étanchéité répartis circonférentiellement autour d’un axe longitudinal (X), chaque secteur (20) de joint d’étanchéité comprenant un secteur de paroi annulaire radialement interne (22) et un secteur de paroi annulaire radialement externe (24) reliés l’un à l’autre par un organe élastiquement déformable (26), dans lequel chaque secteur de paroi annulaire radialement interne (22) est relié à une patte radiale interne (28) et chaque secteur de paroi annulaire radialement externe (24) est relié à une patte radiale externe (24), les pattes interne (28) et externe (30) étant reliées l’une à l’autre par l’organe élastiquement déformable (26) qui est formé d’un empilement d’une pluralité de lamelles (32) élastiques jointives.
[Revendication 2] Joint d’étanchéité selon la revendication précédente, dans lequel au moins l’une de la patte radiale interne (28) et de la patte externe (30) comprend une encoche (34) dans laquelle est engagée longitudinalement une extrémité circonférentielle de chacune des lamelles (32), lesdites lamelles (32) étant maintenues radialement dans ladite encoche (34).
[Revendication 3] Joint d’étanchéité selon la revendication précédente, dans lequel chacune des pattes radiales interne (28) et externe (30) comprend une encoche (34) dans laquelle est engagée longitudinalement une extrémité circonférentielle de chacune des lamelles (32), lesdites lamelles (32) étant maintenues radialement dans ladite encoche (34).
[Revendication 4] Joint d’étanchéité selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la patte radiale interne (28) d’un secteur de joint comprend un évidement (36) traversant circonférentiellement dans lequel est engagés une extrémité circonférentielle de chacune des lamelles (32), un organe de blocage (38) traversant l’épaisseur des lamelles (32) de sorte à fixer les lamelles (32) au secteur de paroi annulaire radialement interne (22).
[Revendication 5] Joint d’étanchéité selon la revendication précédente, dans lequel la dimension circonférentielle des lamelles (32) est supérieure à la dimension d’épaisseur et la dimension longitudinale des lamelles (32) de sorte à ce que les lamelles (32) présentent un comportement en déformation mécanique analogue à celui d’une poutre.
[Revendication 6] Joint d’étanchéité selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les lamelles (32) sont fixées les unes aux autres et aux pattes radiales interne (28) et externe (30) au niveau de leurs extrémités circonférentielles.
[Revendication 7] Joint d’étanchéité selon l’une des revendications précédentes, dans lequel il comprend entre 2 et 40, de préférence entre 2 et 30 lamelles (32) empilées.
[Revendication 8] Joint d’étanchéité selon l’une des revendications précédentes, dans lequel chaque lamelle (32) comprend une épaisseur comprise entre 0,05 à 5 mm et une largeur dans la direction longitudinale comprise entre 5 à 50 mm.
[Revendication 9] Joint d’étanchéité selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les lamelles (32) sont métalliques, les lamelles (32) étant soudées aux pattes radiales à leurs extrémités circonférentielles.
[Revendication 10] Joint d’étanchéité selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les secteurs de paroi annulaire radialement externe (24) forment une paroi annulaire monolithique, les secteurs de parois annulaire radialement interne (22) étant agencés circonférentiellement bout à bout.
[Revendication 11] Turbine pour une turbomachine, par exemple d’aéronef, la turbine comprenant un rotor et un carter, un distributeur (10) monté dans le carter, le distributeur (10) portant un joint d’étanchéité selon l’une quelconque des revendications précédentes et le rotor comprenant une virole cylindrique (11 ) entraînée en rotation autour de l’axe longitudinal (X) et la virole cylindrique (1 1 ) étant disposée radialement sous le distributeur (10).
[Revendication 12] Turbomachine (1 ) comprenant un joint d’étanchéité selon l’une des revendications 1 à 10 ou une turbine selon la revendication précédente.
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