EP4684113A1 - Joint d'etancheite pour turbomachine - Google Patents

Joint d'etancheite pour turbomachine

Info

Publication number
EP4684113A1
EP4684113A1 EP24719871.6A EP24719871A EP4684113A1 EP 4684113 A1 EP4684113 A1 EP 4684113A1 EP 24719871 A EP24719871 A EP 24719871A EP 4684113 A1 EP4684113 A1 EP 4684113A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
seal
patterns
pattern
row
air
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.)
Pending
Application number
EP24719871.6A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jérôme Claude George LEMONNIER
Franck Davy Boisnault
Delphine Touchard
Jean-Marc Michel Lesaine
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 EP4684113A1 publication Critical patent/EP4684113A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/44—Free-space packings
    • F16J15/441—Free-space packings with floating ring
    • F16J15/442—Free-space packings with floating ring segmented
    • 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
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/44—Free-space packings
    • F16J15/444—Free-space packings with facing materials having honeycomb-like structure

Definitions

  • the present disclosure relates to a particular seal, as well as a turbomachine comprising such a seal.
  • the turbomachine is all the more efficient when it operates at high temperature.
  • the materials constituting it then require more significant cooling. Cooling is generally achieved by taking part of the air from the cold air stream, which is detrimental to overall performance.
  • the cooling circuit requires a complex architecture to be implemented to allow the cooling air to reach the blades to be cooled from the location where it is taken.
  • labyrinth seals are generally provided at the air sampling locations.
  • Such seals provide controlled air passage at the locations where they are arranged.
  • the conventional architecture of labyrinth seals includes lips arranged facing abradable elements that have a honeycomb-type alveolar structure.
  • a seal configured to provide a predefined clearance between said seal and an external surface of a rotor rotatably mounted about an axis A arranged opposite the seal, the axis A defining an axial direction, the seal extending circumferentially about the axis A and comprising a plurality of seal sectors distributed circumferentially about the axis A, each seal sector comprising an internal ring sector connected to an external ring sector by a return member, the seal being characterized in that the internal surface of each internal ring sector comprises at least one row of patterns hollowed out from the internal surface of the internal ring sectors, each of the patterns having an elongated shape extending in an oblique direction relative to the axial direction and being separated from another pattern by an unhollowed portion of the internal surface.
  • Such a seal architecture differs radically from a labyrinth seal.
  • the internal surface of the internal ring sector does provide aerodynamic sealing by ensuring a predefined clearance with the facing surface.
  • sealing involved here is not a strict sealing in the sense that air could not pass through the seal, but a relative sealing, the purpose of the seal being to allow a defined quantity of air to pass through.
  • the "circumferential distribution" of the joint sectors is intended to mean that each joint sector defines a portion of the circumference of the joint, and that all of the joint sectors together make it possible to obtain the complete joint.
  • the circumferential distribution is regular, and each seal sector then represents an equal portion of the circumference of the seal.
  • the predefined clearance is a “target” clearance, and that it is possible for the clearance to vary slightly around the predefined clearance value under conditions of use of the seal.
  • the predefined clearance ensures that the airflow passing through the seal is the desired airflow.
  • the seal will be returned to the predefined clearance relative to a spring behavior of the internal ring sectors ensured in particular by the return members.
  • the patterns present in the thickness of the internal surface of the internal ring sector make it possible to improve the aerodynamic behavior of the seal.
  • the clearance between the internal surface of the internal ring sector and the radially facing surface may be between 0.1 and 1.0 mm or even between 0.5 mm and 1.0 mm.
  • the patterns hollowed out from the inner surface of the inner ring sector make it possible to modify the behavior of the seal, in particular by further increasing the pressure exerted by the air on the inner surface of the inner ring sector when the latter approaches the facing surface.
  • the patterns are said to be "excavated from the inner surface of the inner ring sector", because it should be understood that the patterns form a relief in the radial direction of the ring sector, i.e. the direction perpendicular to the axis A, and from the inner surface of the inner ring sector.
  • axis A may be the main axis of a turbomachine.
  • Patterns or parts of patterns are said to be elongate shapes. It is thus understood that the depth profile of the internal surface of the internal ring sector defining a pattern is identical in the circumferential direction over a given distance which will be arbitrarily called the width of the pattern. [0027] The second dimension of the pattern, in the plane of the internal surface of the internal ring sector will be arbitrarily called length.
  • the dimensions are characterized by width and length for simplicity, but the invention is not limited to the case where the patterns are rectangular and it concerns long, and more precisely parallelepiped, patterns.
  • the length of a pattern is in a direction oblique to the axial direction.
  • the inclination quantifying the “oblique” characteristic of the patterns is understood as the angle defined between the direction in which the length of a pattern extends and the axial direction.
  • the patterns have an angle of inclination relative to the axial direction, this angle of inclination being greater than or equal to 30°.
  • the angle of inclination of the patterns makes it possible on the one hand to inscribe more patterns or patterns of greater length on the surface of an internal ring sector of given dimensions.
  • the angle of inclination of the patterns is between 30° and 60°, or even between 30° and 45°.
  • the angle of inclination is oriented in the same direction as the tangential speed of the air flow, or in the direction of rotation of the facing surface relative to the internal ring sector.
  • the surface facing the seal is a surface of a rotor mounted to rotate around the axis A, for example the rotor of a high-pressure turbine of an aeronautical turbomachine.
  • the patterns may be tilted in the same direction as the direction of rotation of the rotor.
  • the depth of a pattern is understood as the distance between the inner surface of the unhollowed inner ring sector and the surface of the pattern, measured perpendicular to the surface of the inner ring sector, i.e. in the radial direction.
  • each inner surface of the inner ring sectors comprises a plurality of rows of patterns in the radial direction, each formed from a plurality of patterns in the circumferential direction.
  • each inner surface of the inner ring sectors comprises a first and a second row of patterns, each of the rows comprising a plurality of patterns distributed in the circumferential direction.
  • the patterns of the first row of patterns and the patterns of the second row of patterns have a flat portion over which the depth does not vary, and the depth of this flat portion will be considered to be the depth of the pattern. If the patterns do not have such a flat portion or if they have more than one flat portion, the depth of the pattern will be called the average depth of the pattern.
  • the patterns of the first row of patterns have a depth greater than or equal to the patterns of the second row of patterns.
  • the first row of patterns is the first row encountered by the air flow passing the seal. In the case where there is only one row of patterns, the first row is the row of patterns.
  • the first row of patterns may also be characterized as the “upstream row”, and the second row of patterns as the “downstream row”.
  • each pattern of the first row of patterns has a planar downstream pattern zone of constant and non-zero depth and an upstream pattern zone in which the depth varies in a decreasing manner while remaining greater than the constant depth of the downstream pattern zone.
  • the downstream zone performs the general role of the pattern which is to increase the pressure on the internal surface of the internal ring sector when the clearance is lower than the predefined clearance.
  • the upstream area of each pattern of the first row of patterns may have a rounded, i.e. convex, shape.
  • the upstream zone makes it possible to ensure a low pressure loss at the inlet of the seal. This thus makes it possible to improve the efficiency of the seal as a whole.
  • the seal comprises at least two rows of patterns
  • this embodiment ensures that the air traveling through the first pattern encounters a wall directed in the radial direction at the end of the first pattern.
  • the depth of the downstream portion of the first row pattern may be between 1.5 times and 2.5 times the predefined clearance for the seal.
  • each pattern of the second row of patterns has a planar downstream pattern zone of constant and non-zero depth and an upstream pattern zone in which the depth of the pattern varies increasingly from the internal surface of the internal ring sector while remaining less than the constant depth of the downstream pattern zone.
  • each inner surface of the inner ring sectors includes a first and a second row of patterns, the first row of patterns being offset in the circumferential direction relative to the second row of patterns.
  • the patterns of the second row are offset in the circumferential direction relative to the patterns of the first row by a distance of between 0.25 times the width of a pattern and 0.75 times the width of a pattern, or even between 0.45 times the width of a pattern and 0.55 times the width of a pattern.
  • This embodiment makes it possible to ensure that the air flow passing through the seal and having a tangential speed encounters patterns from the two rows of patterns during its passage through the sealing seal.
  • the inner surface of the inner ring sector may also comprise more than two rows of patterns, for example between two and five rows of patterns.
  • the inner surface of each of the first and second rows of patterns comprises a plurality of patterns distributed in the circumferential direction.
  • a row of patterns may comprise more than five patterns, for example between 5 and 20 patterns, preferably between 7 and 15 patterns, or even between 9 and 11 patterns.
  • the inner surface of the inner ring sector may also comprise after the last pattern an unhollowed surface of the inner surface of the inner ring sector and then a portion of increase in thickness between the unhollowed surface and the downstream end of the inner ring sector.
  • the outer ring sectors form an outer ferrule and the inner ring sectors have ends arranged end-to-end in the circumferential direction around the axis A.
  • the circumferential ends of the inner ring sectors may have an angle of inclination relative to the circumferential direction of between 30° and 90°. [0068] This inclination of the circumferential ends of the inner ring sectors of the joint sectors makes it possible to ensure a displacement of the inner ring sectors of the joint sectors relative to each other.
  • the seal comprises between 8 and 12 seal sectors.
  • the outer ring sectors of a seal may be a single piece, for example a ferrule. In other words, there is no physical separation between two circumferentially successive outer ring sectors.
  • such a ferrule may be monolithic, i.e. made in a single piece without connection. In such a case, it will be considered that an angular portion of the ferrule may be considered as an external ring sector.
  • the seal further comprises a secondary sealing member disposed radially above the inner ring sector so as to prevent air from axially passing through the seal above the ring sector.
  • Such a secondary sealing member makes it possible to ensure the sealing of the elements of the seal located radially above the internal ring sector. In other words, such a secondary sealing member ensures that the only path allowing air upstream of the seal to pass through it passes radially between the internal surface of the internal ring sector and the external surface opposite the seal.
  • Such a secondary member is known as such to those skilled in the art and may for example be chosen from a brush seal, a set of tabs, a tile.
  • the invention also relates to a turbomachine comprising at least one seal as described above.
  • the turbomachine comprises a cooling air routing circuit to a high-pressure rotor disk, the cooling air routing circuit comprising at least one seal described above, said cooling air routing circuit comprising an inlet taking air downstream of the last disk of the high-pressure compressor, an inlet taking air radially under the combustion chamber and an air outlet opening into a cooling housing of the high-pressure rotor disk and the at least one seal being arranged at one of the positions below:
  • the turbomachine comprises a circuit for conveying cooling air to a high-pressure rotor disk, the cooling air conveying circuit comprising at least one seal described above, said cooling air conveying circuit comprising an inlet taking air downstream of the last disk of the high-pressure compressor, an inlet taking air radially under the combustion chamber and an air outlet opening into a cooling housing of the high-pressure rotor disk and the at least one seal being chosen from:
  • At least one of the forward inner seal (called “FIS” for “forward inner seal” in English), the forward outer seal (called “FOS” for “forward outer seal” in English) and/or the first seal
  • the sealing gasket downstream of the high pressure compressor (called “CDP” for “compressor discharge pressure” in English) may be a seal as described above.
  • the first seal downstream of the compressor disk is as described above.
  • the facing face of the seal comprises a groove filled with a varnish.
  • the inner surface of the inner ring sector is not at risk of being damaged by contact with the facing surface, even in the event of abnormal operation.
  • the varnish is preferably transparent.
  • the seal as described above is arranged downstream of the inlet taking air from the high pressure compressor, radially under the last rectifier of the high pressure compressor and the surface facing said seal comprises a groove filled with a transparent varnish.
  • the facing surface of the seal may be integrated into the top of a rotor disk or coupled to a flyweight.
  • This embodiment makes it possible to ensure that the surface facing the seal remains flat, even when the turbomachine is in operation.
  • a flatter facing surface of the seal ensures better performance of the seal and therefore better performance of the entire turbomachine.
  • Figure 1 shows a plurality of seal sectors in one embodiment of the invention.
  • Figure 2 shows in another view, the sealing gasket sectors of Figure 1.
  • Figure 3 shows a bottom view of the inner surface of the inner ring sector of a seal sector in one embodiment of the invention.
  • Figure 4 shows the depth profile along an airflow path passing through a seal in one embodiment of the invention.
  • Figure 5 shows a sectional view of a turbomachine.
  • Figure 6 shows a sectional view of a turbomachine provided with seals as described according to one embodiment of the invention.
  • the invention relates to a seal configured to provide a predefined clearance j between said seal and an external surface 500 of a rotor rotatably mounted about an axis A arranged opposite the seal, the axis A defining an axial direction D A , the seal extending circumferentially about the axis A and comprising a plurality of seal sectors distributed circumferentially about the axis A, each seal sector comprising an internal ring sector 13 connected to an external ring sector 11 by a return member 12, the seal being characterized in that the internal surface S in t of each internal ring sector comprises at least one row of patterns hollowed out from the internal surface of the internal ring sectors 13, each of the patterns having an elongated shape extending in an oblique direction relative to the axial direction D A and being separated from another pattern by a non-hollowed portion 41, 42, 43 of the internal surface.
  • the external ring sector 11 may be common to several sectors of the seal, or even to all sectors of the sealing gasket.
  • Figure 1 also shows the circumferential space between two joint sectors 21, and shows that the return member 12 can comprise an external arm 12a and an internal arm 12b.
  • FIG. 1 further illustrates a secondary sealing member 14 as described above.
  • the secondary sealing member may comprise a plurality of circumferentially distributed elements.
  • the secondary sealing member 14 covers the entire circumference of a seal as described above.
  • Figure 2 shows a sectional view of the elements visible in Figure 1.
  • Figure 2 further shows the surface 500 facing the seal, and also specifies a number of dimensions which will be described and which represent preferred embodiments of the invention.
  • Figure 2 also shows the main dimensions in relation to which the different elements of a joint according to the invention are described.
  • the axial direction D A which is understood as the direction around which the seal extends; the circumferential direction D c in which the seal extends, and forming a circle around the axial direction D A ; and the radial direction D R , which defines a radius of the circle formed by the circumferential direction D c and having the axial direction D A as its center.
  • the elements El and PI characterize the attachment of the return member 12 to the external ring sector 11.
  • the connecting surface between the return member 12 and the external ring sector 11 may be greater than or equal to 4 mm, for example between 4 mm and 8 mm.
  • the thickness of the portion of the return member 12 linked to the ring sector 11, and measured from the internal surface of the external ring sector 11 may be greater than or equal to 5 mm, for example between 5 mm and 10 mm.
  • the return member may be divided into an outer arm 12a and an inner arm 12b. This ensures a lower mass of the entire device, while giving the entire assembly entirely satisfactory return and flexibility properties.
  • the thickness E3 of the external arm 12a may be greater than or equal to 0.7 mm, for example between 0.7 mm and 2 mm.
  • the thickness E4 of the internal arm 12b may be greater than or equal to 0.7 mm, for example between 0.7 mm and 2 mm.
  • the thickness E3, E4 of the external 12a and internal 12b arms are equal.
  • the thickness E5 of the return member 12 may be greater than or equal to 2.5 mm, for example between 2.5 mm and 5.0 mm.
  • the thickness E5 of the return member 12 is understood, in the case where the latter is divided into two thinner arms, as the distance between the internal surface of the internal arm and the external surface of the external arm.
  • the connecting surface between the return member 12 and the internal ring sector 13 may be greater than or equal to 4 mm, for example between 4 mm and 8 mm.
  • P2 is the thickness of the portion of the return member 12 connected to the internal ring sector 13, and measured from the external surface of the sector of internal ring 13 may be greater than or equal to 5 mm, for example between 5 mm and 10 mm.
  • the thickness E6 of the internal ring sector 13 may be between 2.0 mm and 5.0 mm.
  • the clearance j between the internal surface of the internal ring sector 13 and the radially facing surface 500 may be between 0.1 and 1.0 mm or even between 0.5 mm and 1.0 mm.
  • This game j corresponds to a target air flow in the turbomachinery fans for engine cooling applications.
  • Figure 2 also shows the angle of inclination of the radial ends of the inner ring sector 13. As described above, this inclination ensures that a movement of the inner ring sectors relative to each other is possible, thereby reducing the spacing between two sectors during operation.
  • Figure 2 also shows the spacing between two joint sectors 11 which is preferably less than or equal to 0.3 mm.
  • This spacing helps to ensure leakage is minimized while still allowing sufficient space to allow the inner ring sectors to move relatively to each other.
  • the internal ring sectors 13 can be stressed slightly differently from each other, and it is important that they have a certain degree of freedom to be able to accommodate this difference in stress.
  • Figure 3 shows a view of the inner surface S in t of the inner ring sector 13, which carries the patterns.
  • the patterns form two rows, an upstream row formed by patterns 31 and a downstream row formed by patterns 32.
  • each pattern is separated from the next by an unhollowed surface of the internal surface S in t of the internal ring sector 13, identified by the symbol 41 between two patterns 31 of the first row, by symbol 42 between two patterns 32 of the second row, or by symbol 43 between a pattern 31 of the first row and 32 of the second row.
  • the patterns may or may not be spaced from the downstream edge of the internal ring sector 13 by an unhollowed space 44 of the internal surface S int of the internal ring sector 13, not belonging to the pattern.
  • the internal surface of the internal ring sector 13 may comprise, between the unhollowed space 44 and its downstream edge 45, a hollowed space 442.
  • the space 44 between the pattern of the second row 32 and the downstream edge 45 comprises a non-hollowed portion 44 of the internal surface S int of the internal ring sector 13, and a portion 442 forming a chamfer, that is to say whose depth increases.
  • This embodiment makes it possible to reduce the pressure heterogeneity at the outlet of the seal.
  • the patterns are of elongated shape, and are oblique with respect to the axial direction D A , that is to say present with this direction an inclination a.
  • the air flow F is not aligned with the axial direction, but has a non-zero tangential speed, which corresponds to that which it has in practice when the flat surface facing the seal is rotated in the circumferential direction D c .
  • the width of a pattern may be greater than or equal to 4 mm.
  • the first and second rows may not have the same number of patterns.
  • the tilt angle a is between 30° and 90°.
  • the patterns 32 of the second row are offset by approximately half a width relative to the patterns 31 of the first row.
  • the patterns are actually offset. [0151] This offset ensures that the air diverted by a pattern 31 of the first row of patterns then passes through a pattern 32 of the second row of patterns.
  • Figure 4 depicts the profile of the inner surface S int of the inner ring sector 13 as seen by air passing through a pattern of the first row 31 and then a pattern of the second row 32.
  • Figure 4 depicts the depth profile along the width of the inner surface of the inner ring sector 13 traversed in the lengthwise direction of the patterns.
  • the expression “the width of the internal surface of the internal ring sector traveled in the direction of the length of the patterns” is intended to characterize the dimension of the internal surface S int of the internal ring sector 13 traveled in a direction offset from the axial direction D A by an angle a equal to the inclination of the patterns.
  • figure 4 like the other figures in the present description, are neither to scale nor even to relative scale.
  • the pattern 31 of the first row has an upstream zone 311 in which the depth varies in a decreasing manner and a flat downstream zone 312 of constant non-zero depth H2.
  • the upstream zone 311 has a rounded shape, but this is not limiting of the invention.
  • the decrease in depth could be constant for example, the upstream zone 311 then forming a slope.
  • An upstream zone 311 along which the depth decreases makes it possible to reduce the pressure loss at the entrance to the seal.
  • the depth difference H1 between the upstream end of the upstream zone 311 of the pattern 31 of the first row and the downstream zone 312 of the pattern 31 of the first row may be greater than or equal to 0.2 mm, for example between 0.2 mm and 0.5 mm.
  • the depth H2 of the downstream zone 312 of the pattern 31 of the first row can be between 1.5 times and 2.5 times the value of the predefined clearance j.
  • the predefined clearance j will be between 0.10 mm and 0.45 mm.
  • the upstream zone 311 can represent between 10% and 20% of the length of the pattern 31 of the first row.
  • downstream zone 312 can represent between 80% and 90% of the length of the pattern 31 of the first row.
  • the length of the pattern 31 of the first row may represent between 40% and 50% of the width of the internal surface of the internal ring sector 13 traveled in the direction of the length of the patterns.
  • Such a length of the pattern of the first row ensures excellent behavior of the joint and in particular ensures excellent behavior of the joint if the latter approaches or deviates from its equilibrium position.
  • a pattern 31 of the first row may be circumferentially spaced from another pattern 31 of the first row, or where appropriate from the end of the internal ring sector 13 by an unhollowed space 41 with a width of between 0.5 mm and 1.5 mm.
  • the pattern 31 of the first row of patterns comprises an end which has a sudden variation 313 of the depth of the pattern.
  • This variation defines a vertical portion 313 which ensures the desired behavior for the seal.
  • the length of the element 43 of internal surface S in t not hollowed out is less than 5% of the width of the internal surface of the internal ring sector 13 traveled in the direction of the length of the patterns.
  • the pattern 32 of the second row of patterns has an upstream zone 321 in which the depth of the pattern varies in an increasing manner from the internal surface S int of the internal ring sector 13 (element 43) and a downstream flat zone 322 of constant depth H5 and not zero.
  • the upstream zone 321 can represent between 10% and 20% of the length of the pattern 32 of the second row.
  • downstream zone 322 can represent between 80% and 90% of the length of the pattern 32 of the second row.
  • the length of the pattern 32 of the second row may represent between 40% and 50% of the width of the internal surface of the internal ring sector 13 traveled in the direction of the length of the patterns.
  • the pattern 32 of the second row can be circumferentially separated from the circumferential end of the internal ring sector 13 by a non-hollowed portion 44 of the internal surface S int of the internal ring sector e 13.
  • the pattern 32 of the second row of patterns comprises an end which presents a sudden variation 323 of the depth of the pattern.
  • This abrupt variation defines a vertical portion 323 which ensures the desired behavior for the pattern 32 of the second row of patterns.
  • the depth H5 of the pattern 32 of the second row may be less than or equal to 50% of the predefined clearance j, for example be between 30% and 50% of the predefined clearance j.
  • a pattern 32 of the second row may be spaced from another pattern 32 of the second row, or where appropriate from the edge of the end of the internal ring sector 13 by an unhollowed space 42 with a width of between 0.5 mm and 1.5 mm.
  • the pattern 32 of the second row can be separated from the downstream of the internal surface S in t by a non-hollowed surface portion 44 not belonging to a pattern.
  • this non-hollowed surface portion 44 can itself be separated axially from the downstream edge 45 of the internal surface S int of the internal ring sector 13 by a hollowed downstream zone 442.
  • the zone 442 may have a linear variation in depth, up to the downstream edge 45 of the internal ring sector 13.
  • the maximum depth H7 of the downstream zone 442 may be greater than or equal to 0.2 mm.
  • the length of the portion between the pattern 32 of the second row of patterns and the downstream edge 45 may be less than or equal to 10% of the width of the internal surface of the internal ring sector 13 traveled in the direction of the length of the patterns, or even between 6% and 10% of the width of the internal surface of the internal ring sector 13 traveled in the direction of the length of the patterns.
  • the invention is not limited by the relative size of the non-hollowed portion 44 and the downstream zone 442.
  • the portion 44 can represent between 10% and 20% of the entire downstream length of the second pattern, i.e. of the portions 44 and of the zone 442.
  • downstream zone 442 can represent between 80% and 90% of the entire zone downstream of the second pattern, that is to say of the portions 44 and of the zone 442.
  • the width of the inner surface of the inner ring sector 13 traveled in the axial direction may be between 20 mm and 40 mm.
  • the width of the internal surface of the internal ring sector 13 traveled in the direction of the length of the patterns as defined above is then equal to the width of the internal surface of the internal ring sector 13 traveled in the axial direction D A divided by the cosine of the inclination a.
  • axis A may be the main axis of a turbomachine.
  • Figure 5 shows, in section along a vertical plane passing through its main axis A, a dual-flow turbojet 1. It comprises from upstream to downstream according to the circulation of the air flow, a fan 2, a low-pressure compressor 3, a high-pressure compressor 4, a combustion chamber 5, a high-pressure turbine 6, and a low-pressure turbine 7.
  • Figure 6 shows a portion of the turbomachine visible in Figure 5, and illustrates that the latter can be provided with seals conforming to those described above.
  • the turbomachine portion has three seals: a front inner seal 62 (“FIS”), a front outer seal 63 (“FOS”) and a first seal downstream of the high pressure compressor 61 (“CDP”).
  • FIS front inner seal 62
  • FOS front outer seal 63
  • CDP first seal downstream of the high pressure compressor 61
  • FIG. 6 is only one example of a configuration for an air cooling path in a turbomachine, and those skilled in the art will be able to identify a front outer seal 63 (“FOS”), a front inner seal 62 (“FOS”) and a first seal downstream of a high pressure compressor 61 (“CDP”) in other geometries of the cooling circuit.
  • FOS front outer seal 63
  • FOS front inner seal 62
  • CDP high pressure compressor
  • Figure 6 shows a diagram of a cooling circuit of a turbomachine.
  • air is taken downstream of the last compressor disk 401 and thus below the combustion chamber 5.
  • the seal 61 defines the quantity of air for the cooling circuit 401 taken downstream of the last disk of the high pressure compressor 4.
  • the air taken from below the combustion chamber can for example be taken through an air inlet, opening into a housing between the front outer seal 63 and the front inner seal 62.
  • the seal 62 is crossed by the air coming from the high pressure compressor 401 wishing to enter this housing, and that it then serves the cooling circuit 82 or that it is intended for the purge circuit 81.
  • the seal 63 delimits the outlet of the air intake housing, and limits the flow of air reaching the purge circuit 81.
  • the seal 62 may be located under the air intake mouth, while the seal 63 may be located under the first distributor of the high pressure turbine 701.
  • the purge circuit opens between the high pressure distributor 701 and the first high pressure rotor blade 702.
  • the surface facing the seals 62 and 63 is an external surface of a stage of the rotor of the high pressure turbine.
  • Figure 6 shows a turbine for which the three particular seals 61, 62, 63 are as described above, but it is not outside the scope of the invention if only one of these seals conforms to what is described above.
  • the surface 500 facing the seal comprises a groove filled with a varnish 51.
  • This embodiment makes it possible to ensure that in abnormal operation, and if it were to come into contact with the surface opposite the seal, the internal surface of the seal does not damage the surface 500 itself but only the varnish 51.
  • the varnish 51 may be transparent, which then allows for even easier monitoring since the surface 500 is visible under the varnish and it is possible to visually see, without having to remove the varnish, whether or not the use of the seal has caused any degradation of the surface 500 opposite.
  • the surface 500 facing the seal can be connected to a weight 58.
  • This embodiment ensures that the facing surface of the seal 500 remains flat throughout operation of the seal and minimizes the risk of the inner ring sector 13 of the seal 100 coming into contact with the facing surface 500.
  • Figure 6 shows how the air 401 taken from the outlet of the high-pressure compressor 4 can reach a moving blade 702 of the hot part of the turbomachine, here of the high-pressure turbine 6, arranged after the combustion chamber 5.
  • air can also exit the cooling circuit through the purge outlet 81, after passing through the front outer seal 62 and rear outer seal 63.
  • a portion of the cooling air passes via path 82 to be injected directly into the cooling circuit of a moving blade 702 of the hot part of the turbomachine, here a moving blade 702 of the high-pressure turbine.
  • the purge outlet of the cooling circuit is here located between a fixed blade 701 and a moving blade 702 of the high pressure turbine 6.
  • Figure 6 also illustrates that the surface 500 facing the seal can be a surface of a rotor rotatably mounted around the axis A.
  • the surface 500 can be a surface of the rotor of the high-pressure turbine 6.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Gasket Seals (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

L'invention concerne un joint d'étanchéité (100) configuré pour assurer un jeu prédéfini (j) entre ledit joint et une surface externe (500) d'un rotor monté rotatif autour d'un axe A disposée en regard du joint, le joint s'étendant circonférentiellement autour de l'axe A et comprenant une pluralité de secteurs de joints répartis circonférentiellement autour de l'axe A, chaque secteur de joint comprenant un secteur d'anneau interne (13) relié à un secteur d'anneau externe (11) par un organe de rappel (12), le joint d'étanchéité étant caractérisé en ce que la surface interne (Sint) de chaque secteur d'anneau interne comprend au moins une rangée de motifs creusés à partir de la surface interne des secteurs d'anneau interne, chacun des motifs ayant une forme longiligne s'étendant selon une direction oblique par rapport à la direction axiale et étant séparé d'un autre motif par une portion non creusée (41, 42, 43) de la surface interne.

Description

Description
Titre de l'invention : Joint d'étanchéité pour turbomachine
Domaine Technique
[0001] Le présent exposé concerne un joint d'étanchéité particulier, ainsi qu'une turbomachine comprenant un tel joint.
Technique antérieure
[0002] La conception des circuits de ventilation d'une turbomachine aéronautique est délicate et représente une perte potentielle de performance.
[0003] En effet, la turbomachine est d'autant plus performante qu'elle fonctionne à haute température. Cependant, les matériaux la constituant nécessitent alors un refroidissement plus important. Le refroidissement est généralement réalisé par prélèvement d'une partie de l'air de la veine d'air froid, ce qui nuit à la performance générale.
[0004] En outre, le circuit de refroidissement impose de réaliser une architecture complexe pour permettre à l'air de refroidissement d'atteindre les aubes à refroidir depuis l'endroit où il est prélevé.
[0005] Afin d'assurer que le circuit d'air ne soit pas alimenté par plus d'air de refroidissement que nécessaire, et ne nuise donc pas outre mesure à la performance de la turbomachine, il est généralement disposé des joints à labyrinthes aux endroits de prélèvement d'air.
[0006] De tels joints d'étanchéité permettent d'assurer un passage d'air contrôlé aux endroits où ils sont disposés. L'architecture classique des joints à labyrinthe comprend des léchettes disposées face à des éléments abradables qui présentent une structure alvéolaire de type nids d'abeilles.
[0007] Ce type de joint présente néanmoins pour désavantage que l'usure des léchettes par frottement contre les éléments abradables augmente le jeu du joint à l'échelle de la durée de vie du joint, et permet ainsi un passage d'air plus grand, ce qui conduit in fine à un trop grand prélèvement d'air et donc à une perte de performance de la turbomachine.
[0008] C'est pourquoi il demeure un besoin pour des joints qui s'usent moins au cours de leurs durées de vie que des joints à labyrinthe.
Exposé de l'invention [0009] La présente invention vise précisément à répondre à ce besoin.
[0010] Elle propose pour cela un joint d'étanchéité configuré pour assurer un jeu prédéfini entre ledit joint et une surface externe d'un rotor monté rotatif autour d'un axe A disposée en regard du joint, l'axe A définissant une direction axiale, le joint s'étendant circonférentiellement autour de l'axe A et comprenant une pluralité de secteurs de joints répartis circonférentiellement autour de l'axe A, chaque secteur de joint comprenant un secteur d'anneau interne relié à un secteur d'anneau externe par un organe de rappel, le joint d'étanchéité étant caractérisé en ce que la surface interne de chaque secteur d'anneau interne comprend au moins une rangée de motifs creusés à partir de la surface interne des secteurs d'anneau interne, chacun des motifs ayant une forme longiligne s'étendant selon une direction oblique par rapport à la direction axiale et étant séparé d'un autre motif par une portion non creusée de la surface interne.
[0011] Une telle architecture du joint diffère radicalement d'un joint à labyrinthe.
[0012] Cependant la surface interne du secteur d'anneau interne assure bien une étanchéité aérodynamique en assurant un jeu prédéfini avec la surface en regard.
[0013] Il est entendu que l'étanchéité mise en jeu ici n'est pas une étanchéité stricte au sens ou l'air ne pourrait pas passer le joint, mais une étanchéité relative, le but du joint étant de laisser passer une quantité d'air définie.
[0014] La « répartition circonférentielle » des secteurs de joint entend signifier que chaque secteur de joint définit une portion de la circonférence du joint, et que l'ensemble des secteurs de joint permet d'obtenir le joint complet.
[0015] Dans un mode de réalisation, la répartition circonférentielle est régulière, et chaque secteur de joint représente alors une portion égale de la circonférence du joint d'étanchéité.
[0016] Il est entendu que le jeu prédéfini est un jeu « cible », et qu'il est possible que le jeu varie légèrement autour de la valeur de jeu prédéfini dans des conditions d'utilisation du joint. Lorsque le joint est dans sa position d'équilibre, le jeu prédéfini permet d'assurer que le flux d'air traversant le joint soit le flux d'air souhaité. Toutefois, si le jeu augmente ou diminue, le joint d'étanchéité sera ramené au jeu prédéfini par rapport à un comportement de ressort des secteurs d'anneau internes assuré notamment par les organes de rappel.
[0017] Plus précisément, si le jeu du joint devient plus faible que le jeu prédéfini, la pression radialement sous la surface interne des secteurs d'anneau augmente et le secteur d'anneau interne se déplace alors de sorte à augmenter le jeu, tandis que si le jeu du joint devient plus grand que le jeu prédéfini, l'organe de rappel exerce une force plus grande que la pression s'exerçant radialement sous la surface interne des secteurs d'anneau internes, ces derniers revenant alors à leurs positions d'équilibre, c'est-à-dire au jeu prédéfini.
[0018] Cet équilibre aérodynamique permet d'éviter à tout moment que la surface interne du secteur d'anneau interne ne vienne en contact de la surface en regard et le joint diffère en cela des joints à labyrinthe. On s'affranchit ainsi du problème d'usure qui peut être rencontré pour les joints à labyrinthe classiques.
[0019] De manière générale, les motifs présents dans l'épaisseur de la surface interne du secteur d'anneau interne permettent d'améliorer le comportement aérodynamique du joint d'étanchéité.
[0020] Dans un mode de réalisation, le jeu entre la surface interne du secteur d'anneau interne et la surface radialement en regard peut être compris entre 0,1 et 1,0 mm voire entre 0,5 mm et 1,0 mm.
[0021] Les motifs creusés à partir de la surface interne du secteur d'anneau interne permettent de modifier le comportement du joint, notamment en augmentant davantage la pression exercée par l'air sur la surface interne du secteur d'anneau interne lorsque cette dernière se rapproche de la surface en regard.
[0022] Cela rend encore plus improbable le contact entre la surface interne du secteur d'anneau interne et la surface radialement en regard diminuant ainsi le risque d'usure du joint.
[0023] La géométrie particulière, dite « en L » du deuxième motif permet d'accroître encore davantage la pression sous le joint, comparativement à d'autres géométrie plus simple des motifs.
[0024] Les motifs sont dits « creusés à partir de la surface interne du secteur d'anneau interne», car il doit être compris que les motifs forment un relief dans la direction radiale du secteur d'anneau, c'est-à-dire la direction perpendiculaire à l'axe A, et depuis la surface interne du secteur d'anneau interne.
[0025] Dans un mode de réalisation, l'axe A peut être l'axe principal d'une turbomachine.
[0026] Des motifs ou des parties de motifs sont dites de formes longilignes. Il est ainsi entendu que le profil de profondeur de la surface interne du secteur d'anneau interne définissant un motif est identique dans la direction circonférentielle sur une distance donnée que l'on appellera arbitrairement largeur du motif. [0027] La deuxième dimension du motif, dans le plan de la surface interne du secteur d'anneau interne sera appelée arbitrairement longueur.
[0028] On ne sort pas du cadre de l'invention si la largeur est plus grande que la longueur.
[0029] Les dimensions sont caractérisées de largeur et de longueur par simplicité, mais l'invention n'est pas réduite au cas où les motifs sont rectangulaires et elle concerne bien des motifs longilignes, et plus précisément parallélépipédiques.
[0030] Ainsi, et comme décrit, la longueur d'un motif est dans une direction oblique par rapport à la direction axiale.
[0031] L'inclinaison quantifiant la caractéristique « oblique » des motifs s'entend comme l'angle définit entre la direction dans laquelle s'étend la longueur d'un motif et la direction axiale.
[0032] Dans un mode de réalisation, les motifs présentent un angle d'inclinaison par rapport à la direction axiale, cet angle d'inclinaison étant supérieur ou égal à 30°.
[0033] L'angle d'inclinaison des motifs permet d'une part d'inscrire plus de motifs ou des motifs de plus grande longueur à la surface d'un secteur d'anneau interne de dimensions données.
[0034] Dans un mode de réalisation, l'angle d'inclinaison des motifs est compris entre 30° et 60°, voire comprise entre 30° et 45°.
[0035] En effet, cela permet d'assurer en outre que le flux d'air, qui possède éventuellement une vitesse tangentielle du fait de la rotation de plusieurs éléments avec lesquels il est éventuellement en contact, entre dans le motif sans voir une discontinuité trop importante.
[0036] De préférence, l'angle d'inclinaison est orienté dans le même sens que la vitesse tangentielle du flux d'air, ou encore dans le sens de rotation de la surface en regard par rapport au secteur d'anneau interne.
[0037] La surface en regard du joint est une surface d'un rotor monté rotatif autour de l'axe A, par exemple le rotor d'une turbine haute pression d'une turbomachine aéronautique.
Dans un mode de réalisation, les motifs peuvent être inclinés dans la même direction que le sens de rotation du rotor.
[0038] Cela assure que l'orientation des motifs soit dans le sens de la vitesse tangentielle de l'air traversant lesdits motifs, ce qui améliore les performances générales du joint d'étanchéité. [0039] La profondeur d'un motif s'entend comme la distance entre la surface interne du secteur d'anneau interne non creusée et la surface du motif, mesurée perpendiculairement à la surface du secteur d'anneau interne, c'est-à-dire selon la direction radiale.
[0040] Dans un mode de réalisation, chaque surface interne des secteurs d'anneau interne comprend une pluralité de rangées de motifs dans la direction radiale, formée chacune d'une pluralité de motifs dans la direction circonférentielle.
[0041] Par exemple, chaque surface interne des secteurs d'anneau interne comprend une première et une deuxième rangée de motifs chacune des rangées comprenant une pluralité de motifs répartis dans la direction circonférentielle.
[0042] Dans un mode de réalisation où le joint comprend deux rangées de motifs, les motifs de la première rangée de motifs et les motifs de la deuxième rangée de motifs présentent une portion plane sur laquelle la profondeur ne varie pas, et l'on considérera que la profondeur de cette portion plane est la profondeur du motif. Si les motifs ne présentent pas une telle portion plane ou s'ils présentent plus d'une portion plane, on appellera profondeur du motif la profondeur moyenne du motif.
[0043] Les modes de réalisation décrits à présents permettent d'assurer un retour plus rapide du joint d'étanchéité à son jeu prédéfini, et donc à sa position d'équilibre.
[0044] En outre, ils assurent que la surface interne du secteur d'anneau interne ne rentre pas en contact avec la surface en regard dans les modes de fonctionnement prévus ou même accidentels.
[0045] Dans un mode de réalisation où le joint comprend au moins deux rangées de motifs, les motifs de la première rangée de motifs présentent une profondeur supérieure ou égale aux motifs de la deuxième rangée de motifs.
[0046] Il est entendu que la première rangée de motifs est la première rangée rencontrée par le flux d'air passant le joint d'étanchéité. Dans le cas où il n'y a qu'une rangée de motifs, la première rangée est la rangée de motifs.
[0047] S'il y a deux rangées de motif, la première rangée de motifs pourra aussi être caractérisée de « rangée amont », et la deuxième rangée de motifs de « rangée aval ».
[0048] Dans un mode de réalisation, chaque motif de la première rangée de motifs présente une zone aval de motif plane de profondeur constante et non nulle et une zone amont de motif dans laquelle la profondeur varie de façon décroissante en restant supérieure à la profondeur constante de la zone aval de motif. [0049] La zone aval assure le rôle général du motif qui est d'augmenter la pression sur la surface interne du secteur d'anneau interne lorsque le jeu est plus faible que le jeu prédéfini.
[0050] Dans un mode de réalisation, la zone amont de chaque motif de la première rangée de motifs peut présenter une forme arrondie, c'est-à-dire convexe.
[0051] Dans ce mode de réalisation, la zone amont permet d'assurer une faible perte de pression à l'entrée du joint d'étanchéité. Cela permet ainsi d'améliorer l'efficacité du joint dans son ensemble.
[0052] En outre, dans un mode de réalisation où le joint comprend au moins deux rangées de motifs, puisque deux motifs sont séparés par une portion non creusée de la surface interne du secteur d'anneau interne et que la profondeur de la partie aval du motif de la première rangée est non nulle, ce mode de réalisation assure que l'air parcourant le premier motif rencontre une paroi dirigée dans la direction radiale à la fin du premier motif.
[0053] Ces parois assurent que l'effort effectué par l'air radialement sous la surface interne du secteur d'anneau interne soit dirigé dans la direction radiale, et cela indépendamment de sa vitesse tangentielle, ce qui augmente les performances du joint d'étanchéité.
[0054] Dans un mode de réalisation, la profondeur de la partie aval du motif de la première rangée peut être comprise entre 1,5 fois et 2,5 fois le jeu prédéfini pour le joint d'étanchéité.
[0055] Les inventeurs ont en effet constaté que ces valeurs de profondeur assurent une excellente répartition des pressions dans le joint ce qui améliore l'efficacité du joint.
[0056] Dans un mode de réalisation où la surface interne de chaque secteur interne comprend au moins deux rangées de motifs, chaque motif de la deuxième rangée de motifs présente une zone aval de motif plane de profondeur constante et non nulle et une zone amont de motif dans laquelle la profondeur du motif varie de façon croissante depuis la surface interne du secteur d'anneau interne en restant inférieure à la profondeur constante de la zone aval de motif.
[0057] Ce mode de réalisation permet d'assurer une nouvelle compression de l'air entrant dans le motif, assurant un effort supplémentaire sous le joint, et donc un meilleur asservissement de ce dernier dans son retour à la position d'équilibre. [0058] Dans un mode de réalisation, chaque surface interne des secteurs d'anneaux interne comprend une première et une deuxième rangée de motifs, la première rangée de motifs étant décalées dans la direction circonférentielle vis-à-vis de la deuxième rangée de motifs.
[0059] Par exemple, les motifs de la deuxième rangée sont décalés dans la direction circonférentielle par rapport aux motifs de la première rangée d'une distance comprise entre 0,25 fois la largeur d'un motif et 0,75 fois la largeur d'un motif, voire comprise entre 0,45 fois la largeur d'un motif et 0,55 fois la largeur d'un motif.
[0060] Ce mode de réalisation permet d'assurer que le flux d'air traversant le joint et ayant une vitesse tangentielle rencontre bien des motifs des deux rangées de motifs au cours de son passage dans le joint d'étanchéité.
[0061] Dans un mode de réalisation, la surface interne du secteur d'anneau interne peut également comprendre plus de deux rangées de motifs, par exemple entre deux et cinq rangées de motifs.
[0062] Dans un mode de réalisation, la surface interne de chacune de la première et de la deuxième rangée de motifs comprend une pluralité de motifs répartis dans la direction circonférentielle.
[0063] Dans un mode de réalisation, une rangée de motifs peut comprendre plus de cinq motifs, par exemple entre 5 et 20 motifs, de préférence entre 7 et 15 motifs, voire entre 9 et 11 motifs.
[0064] Dans un mode de réalisation, la surface interne du secteur d'anneau interne peut également comprendre après le dernier motif une surface non creusée de la surface interne du secteur d'anneau interne puis une portion d'augmentation de l'épaisseur entre la surface non creusée et l'extrémité aval du secteur d'anneau interne.
[0065] Un tel profil permet de réduire l'hétérogénéité de pression à la sortie du joint d'étanchéité, ce qui réduit le risque d'instabilité vibratoire du joint à cause du sillage de l'air qui le traverse.
[0066] Dans un mode de réalisation, les secteurs d'anneau externes forment une virole externe et les secteurs d'anneau internes présentent des extrémités agencées bout-à-bout dans la direction circonférentielle autour de l'axe A.
[0067] Dans tel mode de réalisation, les extrémités circonférentielles des secteurs d'anneau interne peuvent présenter un angle d'inclinaison par rapport à la direction circonférentielle compris entre 30° et 90°. [0068] Cette inclinaison des extrémités circonférentielles des secteurs d'anneau interne des secteurs de joints permet d'assurer un déplacement des secteurs d'anneau interne des secteurs de joints les uns par rapport aux autres.
[0069] En effet, au cours de l'utilisation, le déplacement radial des secteurs d'anneau interne n'est pas uniforme. Une inclinaison des extrémités des secteurs d'anneau interne permet de réduire le jeu existant entre deux secteurs d'anneau interne, améliorant ainsi l'efficacité du joint.
[0070] Dans un mode de réalisation, le joint d'étanchéité comprend entre 8 et 12 secteurs de joints.
[0071] Pour des raisons de tenue mécanique, d'encombrement et pour assurer la planéité de la surface des joints d'étanchéité, on préférerait avoir le plus de secteurs possible. En revanche, pour des raisons aérodynamiques, il convient d'éviter les fuites, et donc de minimiser le nombre de secteurs de joints. Les inventeurs ont constaté qu'un tel nombre de secteurs de joints était un compromis optimal entre ces deux effets opposés.
[0072] Dans un mode de réalisation, les secteurs d'anneau externe d'un joint d'étanchéité peuvent être une pièce unique, par exemple une virole. En d'autres termes, il n'y a pas de séparation physique entre deux secteurs d'anneau externes circonférentiellement successifs.
[0073] Dans un mode de réalisation, une telle virole peut être monolithique, c'est-à-dire réalisée en une seule pièce sans raccordement. Dans un tel cas de figure, il sera considéré qu'une portion angulaire de la virole peut être considérée comme un secteur d'anneau externe.
[0074] Dans un mode de réalisation, le joint d'étanchéité comprend en outre un organe d'étanchéité secondaire disposé radialement au-dessus du secteur d'anneau interne de sorte à empêcher l'air de traverser axialement le joint au-dessus du secteur d'anneau.
[0075] Un tel organe d'étanchéité secondaire permet d'assurer l'étanchéité des éléments du joint situés radialement au-dessus du secteur d'anneau interne. En d'autres termes un tel organe d'étanchéité secondaire assure que le seul chemin permettant à l'air en amont du joint d'étanchéité de le franchir passe radialement entre la surface interne du secteur d'anneau interne et la surface externe en regard du joint.
[0076] Un tel organe secondaire est connu en tant que tel de l'homme du métier et peut par exemple être choisi parmi un joint à brosse, un ensemble de languettes, un tuilage. [0077] Selon un autre de ses aspects, l'invention concerne également une turbomachine comprenant au moins un joint d'étanchéité tel que décrit ci-dessus.
[0078] Dans un mode de réalisation, la turbomachine comprend un circuit d'acheminement de l'air de refroidissement vers un disque de rotor haute pression, le circuit d'acheminement de l'air de refroidissement comprenant au moins un joint d'étanchéité décrit plus haut, ledit circuit d'acheminement de l'air de refroidissement comprenant une entrée prélevant l'air en aval du dernier disque du compresseur haute pression, une entrée prélevant l'air radialement sous la chambre de combustion et une sortie d'air débouchant dans un logement de refroidissement du disque de rotor haute pression et l'au moins un joint d'étanchéité étant disposé à une parmi les positions ci-dessous :
- en aval de l'entrée prélevant l'air du compresseur à haute pression, radialement sous le dernier redresseur du compresseur haute pression ;
- radialement en dessous d'un injecteur d'air de refroidissement en communication fluide avec l'entrée prélevant l'air radialement sous la chambre de combustion ;
- radialement entre l'injecteur et le pied du distributeur haute pression et disposé de sorte à empêcher une fuite de l'air destinée refroidir le rotor haute pression.
[0079] Dans un mode de réalisation la turbomachine comprend un circuit d'acheminement de l'air de refroidissement vers un disque de rotor haute pression, le circuit d'acheminement de l'air de refroidissement comprenant au moins un joint d'étanchéité décrit plus haut, ledit circuit d'acheminement de l'air de refroidissement comprenant une entrée prélevant l'air en aval du dernier disque du compresseur haute pression, une entrée prélevant l'air radialement sous la chambre de combustion et une sortie d'air débouchant dans un logement de refroidissement du disque de rotor haute pression et l'au moins un joint d'étanchéité étant choisi parmi :
- le premier joint en aval du compresseur à haute pression traversé par l'air prélevé en aval du dernier disque du compresseur haute pression ;
- le joint interne avant définissant l'entrée dudit logement d'admission d'air et disposé en dessous de l'embouchure d'admission d'air ;
- le joint extérieur avant définissant la sortie dudit logement d'admission d'air et disposé en dessous du distributeur haute pression.
[0080] Par exemple, et selon la terminologie du domaine, l'un au moins du joint d'étanchéité intérieur avant (dit « FIS » pour « forward inner seal » en anglais), du joint d'étanchéité extérieur avant (dit « FOS » pour « forward outer seal » en anglais) et/ou du premier joint d'étanchéité en aval du compresseur à haute pression (dit « CDP » pour « compressor discharge pressure » en anglais) peut être un joint d'étanchéité tel que décrit plus haut.
[0081] De préférence, le premier joint d'étanchéité en aval du disque de compresseur (« CDP ») est tel que décrit plus haut.
[0082] Il est fait référence à des redresseurs avec le sens qu'a habituellement ce terme dans le domaine, c'est-à-dire un aubage statorique de redressement d'air.
[0083] Il a été constaté que ces joints offrent par leur fonctionnement une bien meilleure durée de vie que les joints à labyrinthe, et assurent ainsi un maintien des performances de la turbomachine tout au long de sa durée de vie.
[0084] Dans un mode de réalisation, la face en regard du joint d'étanchéité comprend une rainure remplie d'un vernis.
[0085] Dans un tel mode de réalisation, la surface interne du secteur d'anneau interne ne risque pas de s'abîmer par contact avec la surface en regard, même en cas de fonctionnement anormal.
[0086] En effet, elle ne rentrerait qu'en contact avec le vernis et non la face en regard.
[0087] Dans un tel mode de réalisation, le vernis est de préférence transparent.
[0088] Cela permet un contrôle visuel de la surface en regard du joint sans qu'il soit nécessaire de retirer le vernis. Il s'ensuit une opération de contrôle facilitée.
[0089] Dans un mode de réalisation, le joint d'étanchéité tel que décrit plus est disposé en aval de l'entrée prélevant l'air du compresseur à haute pression, radialement sous le dernier redresseur du compresseur haute pression et la surface en regard dudit joint d'étanchéité comprend une rainure remplie d'un vernis transparent.
[0090] Dans un mode de réalisation, la surface en regard du joint d'étanchéité peut être intégrée en sommet d'un disque de rotor ou couplé à une masselotte.
[0091] Ce mode de réalisation permet d'assurer que la surface en regard du joint d'étanchéité reste plane, même lorsque la turbomachine est en fonctionnement.
[0092] Une surface en regard du joint plus plane permet d'assurer de meilleures performances du joint d'étanchéité et donc une meilleure performance de l'ensemble de la turbomachine.
Brève description des dessins [0093] [Fig. 1] La figure 1 représente une pluralité de secteurs de joint d'étanchéité dans un mode de réalisation de l'invention.
[0094] [Fig. 2] La figure 2 représente dans une autre vue, les secteurs de joint d'étanchéité de la figure 1.
[0095] [Fig. 3] La figure 3 représente une vue du dessous de la surface interne du secteur d'anneau interne d'un secteur de joint d'étanchéité dans un mode de réalisation de l'invention.
[0096] [Fig. 4] La figure 4 représente le profil de profondeur le long d'un chemin du flux d'air traversant un joint d'étanchéité dans un mode de réalisation de l'invention.
[0097] [Fig. 5] La figure 5 représente une vue en coupe d'une turbomachine.
[0098] [Fig. 6] La figure 6 représente une vue en coupe d'une turbomachine munie de joints d'étanchéité tels que décrits selon un mode de réalisation de l'invention.
Description des modes de réalisation
[0099] L'invention est à présent décrite au moyen de figures, présentes à but descriptif pour illustrer certains modes de réalisation de l'invention et qui ne doivent pas être interprétées comme limitant cette dernière.
[0100] Comme indiqué, l'invention concerne un joint d'étanchéité configuré pour assurer un jeu prédéfini j entre ledit joint et une surface externe 500 d'un rotor monté rotatif autour d'un axe A disposée en regard du joint, l'axe A définissant une direction axiale DA, le joint s'étendant circonférentiellement autour de l'axe A et comprenant une pluralité de secteurs de joints répartis circonférentiellement autour de l'axe A, chaque secteur de joint comprenant un secteur d'anneau interne 13 reliée à un secteur d'anneau externe 11 par un organe de rappel 12, le joint d'étanchéité étant caractérisé en ce que la surface interne Sint de chaque secteur d'anneau interne comprend au moins une rangée de motifs creusés à partir de la surface interne des secteurs d'anneau interne 13, chacun des motifs ayant une forme longiligne s'étendant selon une direction oblique par rapport à la direction axiale DA et étant séparé d'un autre motif par une portion non creusée 41, 42, 43 de la surface interne.
[0101] Comme cela est représenté sur la figure 1, le secteur d'anneau externe 11 peut être commun à plusieurs secteurs du joint, voire à tous les secteurs du joint d'étanchéité.
[0102] Pour des raisons de représentation, la surface externe en regard du joint d'étanchéité n'est pas représentée sur la figure 1. [0103] Dans un mode de réalisation et ainsi qu'il peut être observé sur la figure 1, l'ensemble des secteurs de joints, et plus précisément des secteurs d'anneaux interne et externe permet de donner au joint tout entier une forme annulaire.
[0104] La figure 1 fait également figurer l'espace circonférentiel entre deux secteurs de joints 21, et montre que l'organe de rappel 12 peut comprendre un bras externe 12a et un bras interne 12b.
[0105] L'organe de rappel 12 sera décrit plus en détails avec la figure 2.
[0106] La figure 1 illustre en outre un organe secondaire d'étanchéité 14 tel qu'il a été décrit plus haut. L'organe d'étanchéité secondaire peut comprendre une pluralité d'éléments répartis circonférentiellement.
[0107] Bien que la représentation de l'organe d'étanchéité secondaire 14 soit tronquée sur la figure 1 pour rendre visibles les éléments 11 et 12, l'organe d'étanchéité secondaire 14 recouvre toute la circonférence d'un joint tel que décrit plus haut.
[0108] Par exemple, il peut y avoir autant, plus ou moins de portions d'organe d'étanchéité secondaires que de secteurs de joints.
[0109] De manière générale dans la présente description, l'utilisation des termes de positionnement doit s'entendre par rapport au flux d'air traversant le joint d'étanchéité.
[0110] Ainsi, un élément dit « amont » sera rencontré par le flux d'air avant un élément dit « aval », et un élément dit « interne » sera disposé plus proche du flux d'air qu'un élément dit « externe ».
[0111] La figure 2 représente une vue en coupe des éléments visibles sur la figure 1.
[0112] La figure 2 représente en outre la surface 500 en regard du joint d'étanchéité, et précise également un certain nombre de dimensions qui vont être décrites et qui représentent des modes préférés de réalisation de l'invention.
[0113] La figure 2 représente également les dimensions principales par rapport auxquelles sont décrits les différents éléments d'un joint selon l'invention.
[0114] Parmi elles, la direction axiale DA qui s'entend comme la direction autour de laquelle le joint s'étend ; la direction circonférentielle Dc dans laquelle le joint s'étend, et formant un cercle autour de la direction axiale DA ; et la direction radiale DR, qui définit un rayon du cercle formé par la direction circonférentielle Dc et ayant pour centre la direction axiale DA. [0115] Les éléments El et PI caractérisent l'attache de l'organe de rappel 12 au secteur d'anneau externe 11.
[0116] Dans un mode de réalisation El, la surface de liaison entre l'organe de rappel 12 et le secteur d'anneau externe 11 peut être supérieure ou égale à 4 mm, par exemple comprise entre 4 mm et 8 mm.
[0117] Dans un mode de réalisation, PI l'épaisseur de la portion de l'organe de rappel 12 liée au secteur d'anneau 11, et mesurée depuis la surface interne du secteur d'anneau externe 11 peut être supérieure ou égale à 5 mm, par exemple comprise entre 5 mm et 10 mm.
[0118] Dans un mode de réalisation, l'organe de rappel peut être divisé en un bras externe 12a et un bras interne 12b. Ceci assure une masse plus faible de l'ensemble du dispositif, tout en conférant à l'ensemble des propriétés de rappel et de souplesse tout à fait satisfaisantes.
[0119] Par exemple l'épaisseur E3 du bras externe 12a peut être supérieure ou égale à 0,7 mm, par exemple comprise entre 0,7 mm et 2 mm.
[0120] Par exemple, l'épaisseur E4 du bras interne 12b peut être supérieure ou égale à 0,7 mm, par exemple comprise entre 0,7 mm et 2 mm.
[0121] Dans un mode de réalisation, l'épaisseur E3, E4 des bras externe 12a et interne 12b sont égales.
[0122] Dans un mode de réalisation, l'épaisseur E5 de l'organe de rappel 12 peut être supérieure ou égale à 2,5 mm par exemple compris entre 2,5 mm et 5,0 mm.
[0123] L'épaisseur E5 de l'organe de rappel 12 s'entend, dans le cas où celui-ci est divisé en deux bras plus minces, comme la distance entre la surface interne du bras interne et la surface externe du bras externe.
[0124] Les valeurs précises choisies pour E3, E4 et E5 permettent de dimensionner précisément la force de rappel de l'organe de rappel 12, et donc d'influer sur le fonctionnement du joint, ainsi que la définition du jeu prédéfini j.
[0125] Dans un mode de réalisation E2, la surface de liaison entre l'organe de rappel 12 et le secteur d'anneau interne 13 peut être supérieure ou égale à 4 mm, par exemple comprise entre 4 mm et 8 mm.
[0126] Dans un mode de réalisation, P2 l'épaisseur de la portion de l'organe de rappel 12 liée au secteur d'anneau interne 13, et mesurée depuis la surface externe du secteur d'anneau interne 13 peut être supérieure ou égale à 5 mm, par exemple comprise entre 5 mm et 10 mm.
[0127] Dans un mode de réalisation, l'épaisseur E6 du secteur d'anneau interne 13 peut être comprise entre 2,0 mm et 5,0 mm.
[0128] De telles dimensions représentent un excellent compromis entre la possibilité d'assurer les motifs en creux d'une taille suffisante et d'un poids diminué de l'ensemble du joint.
[0129] Dans un mode de réalisation, le jeu j entre la surface interne du secteur d'anneau interne 13 et la surface radialement en regard 500 peut être compris entre 0,1 et 1,0 mm voire entre 0,5 mm et 1,0 mm.
[0130] Ce jeu j correspond à un flux d'air cible dans les soufflantes de turbomachines pour des applications de refroidissement du moteur.
[0131] La figure 2 repère aussi l'angle d'inclinaison des extrémités radiales du secteur d'anneau interne 13. Comme décrit plus haut, cette inclinaison assure qu'un déplacement des secteurs d'anneau interne les uns par rapport aux autres est possible, en diminuant ainsi l'espacement entre deux secteurs durant le fonctionnement.
[0132] La figure 2 repère également l'espacement entre deux secteurs de joints 11 lequel est de préférence inférieur ou égal à 0,3 mm.
[0133] Cet espacement permet d'assurer une minimisation des fuites tout en laissant suffisamment d'espace pour permettre aux secteurs d'anneau internes de bouger relativement les unes par rapport aux autres.
[0134] En effet, les secteurs d'anneau internes 13 peuvent être sollicités de manière légèrement différente les uns par rapport aux autres, et il est important qu'ils aient un certain degré de liberté pour pouvoir accommoder cette différence de sollicitation.
[0135]
[0136] La figure 3 montre une vue de la surface interne Sint du secteur d'anneau interne 13, qui porte les motifs.
[0137] Ainsi que cela est figuré, les motifs forment deux rangées, une rangée amont formée par les motifs 31 et une rangée aval formée par les motifs 32.
[0138] De plus, chaque motif est séparé du suivant par une surface non creusée de la surface interne Sint du secteur d'anneau interne 13, repéré par le symbole 41 entre deux motifs 31 de la première rangée, par le symbole 42 entre deux motifs 32 de la deuxième rangée, ou encore par le symbole 43 entre un motif 31 de la première rangée et 32 de la deuxième rangée.
[0139] En outre, les motifs peuvent ou non être espacés du bord aval du secteur d'anneau interne 13 par un espace 44 non creusé de la surface interne Sint du secteur d'anneau interne 13, n'appartenant pas au motif.
[0140] Dans un mode de réalisation, la surface interne du secteur d'anneau interne 13 peut comprendre, entre l'espace non creusé 44 et son bord aval 45 un espace creusé 442.
[0141] De manière préférée, l'espace 44 entre le motif de la deuxième rangée 32 et le bord aval 45 comprend une portion non creusée 44 de la surface interne Sint du secteur d'anneau interne 13, et une portion 442 formant un chanfrein, c'est-à-dire dont la profondeur augmente.
[0142] Ce mode de réalisation permet de réduire l'hétérogénéité de pression en sortie du joint.
[0143] Comme discuté plus haut, les motifs sont de forme longiligne, et sont obliques par rapport à la direction axiale DA, c'est-à-dire présente avec cette direction une inclinaison a.
[0144] Le flux d'air F n'est pas aligné avec la direction axiale, mais présente une vitesse tangentielle non nulle, qui correspond à celle qu'il a en pratique lorsque la surface plane en regard du joint est mise en rotation dans la direction circonférentielle Dc.
[0145] Dans un mode de réalisation, la largueur d'un motif peut être supérieure ou égale à 4 mm.
[0146] Ainsi que cela est représenté sur la figure 3, les première et deuxième rangées peuvent ne pas avoir le même nombre de motifs.
[0147] Dans un mode de réalisation, l'angle d'inclinaison a est compris entre 30° et 90°.
[0148] Cette inclinaison permet d'augmenter la longueur des motifs creusés sur la surface interne Sint du secteur d'anneau interne 13.
[0149] Il est figuré sur la figure 3 que les motifs 32 de la deuxième rangée sont décalés d'une demi-largeur environ par rapport aux motifs 31 de la première rangée.
[0150] Bien que les figures ne soient ni à l'échelle, ni même à l'échelle relative, dans un mode de réalisation les motifs sont effectivement décalés. [0151] Ce décalage permet d'assurer que l'air détourné par un motif 31 de la première rangée de motifs passe alors par un motif 32 de la deuxième rangée de motifs.
[0152] Le chemin suivi par le flux d'air F passant par les motifs est figuré par des flèches sur la figure 3.
[0153] La figure 4 décrit le profil de la surface interne Sint du secteur d'anneau interne 13 comme il est vu par l'air traversant un motif de la première rangée 31 puis un motif de la deuxième rangée 32.
[0154] En d'autres termes, la figure 4 décrit le profil de profondeur le long de la largeur de la surface interne du secteur d'anneau interne 13 parcourue dans la direction de la longueur des motifs.
[0155] Au sens de l'invention, l'expression « la largeur de la surface interne du secteur d'anneau interne parcourue dans la direction de la longueur des motifs » entend caractériser la dimension de la surface interne Sint du secteur d'anneau interne 13 parcourue dans une direction décalée de la direction axiale DA d'un angle a égal à l'inclinaison des motifs.
[0156] On rappelle ici que la figure 4, comme les autres figures de la présente description ne sont ni à l'échelle, ni même à l'échelle relative.
[0157] Les figures sont décrites à une échelle qui permet d'en apprécier les détails mais il n'est pas possible d'y faire correspondre des dimensions réelles.
[0158] Dans le mode de réalisation représenté, le motif 31 de la première rangée présentent une zone amont 311 dans laquelle la profondeur varie de façon décroissante et une zone aval 312 plane de profondeur constante H2 non nulle.
[0159] Sur le mode de réalisation représenté, la zone amont 311 a une forme arrondie, mais cela n'est pas limitatif de l'invention.
[0160] La diminution de la profondeur pourrait être constante par exemple, la zone amont 311 formant alors une pente.
[0161] Une zone amont 311 le long de laquelle la profondeur diminue permet de réduire la perte de pression à l'entrée du joint.
[0162] Dans un mode de réalisation, la différence de profondeur H1 entre l'extrémité amont de la zone amont 311 du motif 31 de la première rangée et la zone aval 312 du motif 31 de la première rangée peut être supérieure ou égale à 0,2 mm, par exemple comprise entre 0,2 mm et 0,5 mm. [0163] Dans un mode de réalisation, la profondeur H2 de la zone aval 312 du motif 31 de la première rangée peut être comprise entre 1,5 fois et 2,5 fois la valeur du jeu j prédéfini.
[0164] Selon l'application visée, le jeu prédéfini j sera compris entre 0,10 mm et 0,45 mm.
[0165] Il n'y a pas de limitation précise de la répartition entre la zone amont 311 et la zone aval 312 du motif 31 de la première rangée.
[0166] Par exemple, la zone amont 311 peut représenter entre 10% et 20% de la longueur du motif 31 de la première rangée.
[0167] Par symétrie, la zone aval 312 peut représenter entre 80% et 90% de la longueur du motif 31 de la première rangée.
[0168] Dans un mode de réalisation, la longueur du motif 31 de la première rangée peut représenter entre 40% et 50% de la largeur de la surface interne du secteur d'anneau interne 13 parcourue dans la direction de la longueur des motifs.
[0169] Une telle longueur du motif de la première rangée assure un excellent comportement du joint et assure notamment un excellent comportement du joint si ce dernier se rapproche ou s'écarte de sa position d'équilibre.
[0170] Dans un mode de réalisation un motif 31 de la première rangée peut être espacé circonférentiellement d'un autre motif 31 de la première rangée, ou le cas échéant de l'extrémité du secteur d'anneau interne 13 par un espace non creusé 41 d'une largeur comprise entre 0,5 mm et 1,5 mm.
[0171] Après le motif 31 de la première rangée de motifs, et puisque la profondeur H2 du premier motif est non nulle, et que ce dernier est séparé du motif 32 de la deuxième rangée de motifs par une portion non creusée 43 de la surface interne Sint du secteur d'anneau interne 13 le motif 31 de la première rangée de motifs comprend une extrémité qui présente une variation brutale 313 de la profondeur du motif.
[0172] Cette variation définit une portion verticale 313 qui assure le comportement souhaité pour le joint d'étanchéité.
[0173] Dans un mode de réalisation, la longueur de l'élément 43 de surface interne Sint non creusée est inférieur à 5% de la largeur de la surface interne du secteur d'anneau interne 13 parcourue dans la direction de la longueur des motifs.
[0174] Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 4, le motif 32 de la deuxième rangée de motifs présente une zone amont 321 dans laquelle la profondeur du motif varie de façon croissante depuis la surface interne Sint du secteur d'anneau interne 13 (élément 43) et une zone aval 322 plane de profondeur constante H5 et non nulle.
[0175] Il n'y a pas de limitation précise de la répartition entre zone amont 321 et zone aval 322 du motif 32 de la deuxième rangée.
[0176] Par exemple, la zone amont 321 peut représenter entre 10% et 20% de la longueur du motif 32 de la deuxième rangée.
[0177] Par symétrie, la zone aval 322 peut représenter entre 80% et 90% de la longueur du motif 32 de la deuxième rangée.
[0178] Dans un mode de réalisation, la longueur du motif 32 de la deuxième rangée peut représenter entre 40% et 50% de la largeur de la surface interne du secteur d'anneau interne 13 parcourue dans la direction de la longueur des motifs.
[0179] Dans un mode de réalisation, après le motif 32 de la deuxième rangée de motifs, et puisque la profondeur H5 du motif 32 de la deuxième rangée est non nulle, le motif 32 de la deuxième rangée peut être circonférentiellement séparé de l'extrémité circonférentielle du secteur d'anneau interne 13 par une portion non creusée 44 de la surface interne Sint du secteur d'anneau interne e 13.
[0180] Ainsi, le motif 32 de la deuxième rangée de motifs comprend une extrémité qui présente une variation brutale 323 de la profondeur du motif.
[0181] Cette variation brutale définit une portion verticale 323 qui assure le comportement souhaité pour le motif 32 de la deuxième rangée de motifs.
[0182] Dans un mode de réalisation, la profondeur H5 du motif 32 de la deuxième rangée peut être inférieure ou égale à 50% du jeu j prédéfini, par exemple être comprise entre 30 % et 50 % du jeu j prédéfini.
[0183] Dans un mode de réalisation un motif 32 de la deuxième rangée peut être espacé d'un autre motif 32 de la deuxième rangée, ou le cas échéant du bord de l'extrémité du secteur d'anneau interne 13 par un espace non creusé 42 d'une largeur comprise entre 0,5 mm et 1,5 mm.
[0184] Dans un mode de réalisation, qui est celui présenté sur la figure 4, le motif 32 de la deuxième rangée peut être séparé de l'aval de la surface interne Sint par une portion de surface 44 non creusée n'appartenant pas à un motif. [0185] Dans un mode de réalisation, cette portion de surface 44 non creusée peut elle- même être séparée axialement du bord aval 45 de la surface interne Sint du secteur d'anneau interne 13 par une zone aval creusée 442.
[0186] Par exemple, la zone 442 peut présenter une variation linéaire de la profondeur, et cela jusqu'au bord aval 45 du secteur d'anneau interne 13.
[0187] Par exemple, la profondeur H7 maximale de la zone aval 442 peut être supérieure ou égale à 0,2 mm.
[0188] Un tel profil de la zone aval 442 du secteur d'anneau interne 13 permet d'assurer une continuité de la pression.
[0189] Dans un mode de réalisation, la longueur de la portion entre le motif 32 de la deuxième rangée de motifs et le bord aval 45 peut être inférieure ou égale à 10% de la largeur de la surface interne du secteur d'anneau interne 13 parcourue dans la direction de la longueur des motifs, voir comprise entre 6% et 10 % de la largeur de la surface interne du secteur d'anneau interne 13 parcourue dans la direction de la longueur des motifs.
[0190] L'invention n'est pas limitée par la taille relative de la portion non creusée 44 et de la zone aval 442. Ainsi, la portion 44 peut représenter entre 10% et 20% de la totalité de la longueur en aval du deuxième motif, c'est-à-dire des portions 44 et de la zone 442.
[0191] Par symétrie, la zone aval 442 peut représenter entre 80% et 90 % de la totalité de la zone en aval du deuxième motif, c'est-à-dire des portions 44 et de la zone 442.
[0192] Dans un mode de réalisation, la largeur de la surface interne de du secteur d'anneau interne 13 parcourue dans la direction axiale peut être comprise entre 20 mm et 40 mm.
[0193] A toutes fins utiles, il est précisé ici que la largeur de la surface interne du secteur d'anneau interne 13 parcourue dans la direction de la longueur des motifs telle que définie plus haut est alors égale à la largeur de la surface interne du secteur d'anneau interne 13 parcourue dans la direction axiale DA divisée par le cosinus de l'inclinaison a.
[0194] Dans un mode de réalisation, l'axe A peut être l'axe principal d'une turbomachine.
[0195] La figure 5 représente, en coupe selon un plan vertical passant par son axe principal A, un turboréacteur à double flux 1. Il comporte d'amont en aval selon la circulation du flux d'air, une soufflante 2, un compresseur basse pression 3, un compresseur haute pression 4, une chambre de combustion 5, une turbine haute pression 6, et une turbine basse pression 7. [0196] La figure 6 représente une portion de la turbomachine visible sur la figure 5, et illustre que cette dernière peut être munie de joints d'étanchéité conformes à ceux décrits plus haut.
[0197] Dans le mode de réalisation représenté, la portion de turbomachine présente trois joints d'étanchéité : un joint d'étanchéité intérieur avant 62 (« FIS »), un joint d'étanchéité extérieur avant 63 (« FOS ») et un premier joint d'étanchéité en aval du compresseur à haute pression 61 (« CDP »).
[0198] De tels joints sont maintenant décrits en lien avec la figure 6 qui n'est qu'un exemple de configuration pour un chemin de refroidissement de l'air dans une turbomachine, et l'homme du métier parviendra à identifier un joint d'étanchéité extérieur avant 63 (« FOS ») un joint d'étanchéité interne avant 62 (« FOS ») et un premier joint d'étanchéité en aval d'un compresseur à haute pression 61 (« CDP ») dans d'autres géométries du circuit de refroidissement.
[0199] La figure 6 représente un schéma d'un circuit de refroidissement d'une turbomachine.
[0200] Dans le mode de réalisation représenté, de l'air est prélevé en aval du dernier disque de compresseur 401 et ainsi qu'en dessous de la chambre de combustion 5.
[0201] L'air prélevé en aval du dernier disque de compresseur 401 traverse en premier le joint d'étanchéité 61, lequel est situé radialement sous l'entrée de la chambre de combustion 5.
[0202] Le joint 61 définit la quantité d'air pour le circuit de refroidissement 401 prélevé en aval du dernier disque du compresseur haute pression 4.
[0203] L'air prélevé en dessous de la chambre de combustion peut par exemple être prélevé par une embouchure d'air, débouchant dans un logement compris entre le joint d'étanchéité extérieur avant 63 et le joint interne avant 62.
[0204] Sur la figure 6, ces deux joints délimitent respectivement l'entrée et la sortie d'un tel logement.
[0205] Le joint 62 est traversé par l'air provenant du compresseur haute pression 401 souhaitant entrer dans ce logement, et qu'il serve ensuite au circuit de refroidissement 82 ou qu'il soit destiné au circuit de purge 81.
[0206] Le joint 63 lui délimite la sortie du logement d'admission d'air, et limite le flux d'air rejoignant le circuit de purge 81. [0207] Par exemple, le joint 62 peut être localisé sous l'embouchure d'admission d'air, tandis que le joint 63 peut être localisé sous le premier distributeur de la turbine haute pression 701.
[0208] Sur la figure 6, le circuit de purge débouche entre le distributeur haute pression 701 et la première aube de rotor haute pression 702.
[0209] Dans le mode de réalisation représenté, on notera que la surface en regard des joints 62 et 63 est une surface externe d'un étage du rotor de la turbine haute pression.
[0210] La figure 6 montre une turbine pour laquelle les trois joints particuliers 61, 62, 63 sont tels que décrits plus haut mais on ne sort pas du cadre de l'invention si seul l'un de ces joints est conforme à ce qui est décrit plus haut.
[0211] Dans la suite, le joint d'étanchéité 61 sera décrit, mais il convient de noter que ce qui est décrit pour ce joint peut également être appliqué aux autres joints d'étanchéité.
[0212] Dans un mode de réalisation, qui est celui représenté, la surface 500 en regard du joint d'étanchéité comprend une rainure remplie d'un vernis 51.
[0213] Ce mode de réalisation permet d'assurer qu'en fonctionnement anormal, et s'il venait à entrer en contact avec la surface en regard du joint, la surface interne du joint n'abime pas la surface 500 elle-même mais seulement le vernis 51.
[0214] En outre, le vernis 51 peut être transparent, ce qui permet alors un contrôle encore plus facilité dans la mesure où la surface 500 est visible sous le vernis et l'on peut constater visuellement, sans avoir à retirer le vernis, si l'utilisation du joint a ou non causé une quelconque dégradation de la surface 500 en regard.
[0215] Dans un mode de réalisation, la surface 500 en regard du joint, qu'elle soit ou non munie d'une rainure et de vernis 51 peut être en liaison avec une masselotte 58.
[0216] Ce mode de réalisation assure que la surface en regard du joint 500 reste plane tout au long du fonctionnement du joint et minimise le risque que le secteur d'anneau interne 13 du joint 100 rentre en contact avec la surface 500 en regard.
[0217] Sur la figure 6, le flux d'air traversant les joints est figuré par des flèches, et l'axe A de la turbomachine est également présent.
[0218] La figure 6 montre comment l'air 401 prélevé en sortie du compresseur haute pression 4 peut atteindre une aube mobile 702 de la partie chaude de la turbomachine, ici de la turbine haute pression 6, disposée après la chambre de combustion 5. Dans un mode alternatif, l'air peut également ressortir du circuit du refroidissement par la sortie de purge 81, après avoir traversé les joints d'étanchéité extérieur avant 62 et extérieur arrière 63.
[0219] Une partie de l'air de refroidissement passe via le chemin 82 pour être injecté directement dans le circuit de refroidissement d'une aube mobile 702 de la partie chaude de la turbomachine, ici une aube mobile 702 de la turbine haute pression.
[0220] La sortie de purge du circuit de refroidissement est ici située entre une aube fixe 701 et une aube mobile 702 de la turbine haute pression 6.
[0221] La figure 6 illustre également que la surface 500 en regard du joint peut être une surface d'un rotor monté rotatif autour de l'axe A. Par exemple, la surface 500 peut être une surface du rotor de la turbine haute pression 6.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Joint d'étanchéité (100) configuré pour assurer un jeu prédéfini (j) entre ledit joint et une surface externe (500) d'un rotor monté rotatif autour d'un axe A disposée en regard du joint, l'axe A définissant une direction axiale (DA), le joint s'étendant circonférentiellement autour de l'axe A et comprenant une pluralité de secteurs de joints répartis circonférentiellement autour de l'axe A, chaque secteur de joint comprenant un secteur d'anneau interne (13) relié à un secteur d'anneau externe (11) par un organe de rappel (12), le joint d'étanchéité étant caractérisé en ce que la surface interne (Sint) de chaque secteur d'anneau interne (13) comprend au moins une rangée de motifs creusés à partir de la surface interne (Sint) des secteurs d'anneau interne (13), chacun des motifs ayant une forme longiligne s'étendant selon une direction oblique par rapport à la direction axiale (DA) et étant séparé d'un autre motif par une portion non creusée (41, 42, 43) de la surface interne (Sint).
[Revendication 2] Joint d'étanchéité (100) selon la revendication 1, dans lequel chaque motif de la première rangée de motifs (31) présente une zone aval de motif (312) plane de profondeur constante (H2) et non nulle et une zone amont de motif (311) dans laquelle la profondeur varie de façon décroissante en restant supérieure à la profondeur constante (H 2) de la zone aval de motif (312).
[Revendication 3] Joint d'étanchéité (100) selon la revendication 2, dans lequel la zone amont de motif (311) de chaque motif de la première rangée de motifs (31) présente une forme arrondie.
[Revendication 4] Joint d'étanchéité (100) selon la revendication 1 à 3, dans lequel chaque surface interne (Sint) des secteurs d'anneau interne (13) comprend une première et une deuxième rangée de motifs (31, 32) chacune des rangées comprenant une pluralité de motifs répartis dans la direction circonférentielle.
[Revendication 5] Joint d'étanchéité (100) selon la revendication 4, dans lequel les motifs de la première rangée de motifs (31) présentent une profondeur (H2) supérieure ou égale à la profondeur (H5) des motifs (32) de la deuxième rangée de motifs.
[Revendication 6] Joint d'étanchéité (100) selon l'une quelconque des revendications 4 à 5, dans lequel chaque motif de la deuxième rangée de motifs (32) présente une zone aval de motif (322) plane de profondeur constante (H 5) et non nulle et une zone amont de motif (321) dans laquelle la profondeur du motif varie de façon croissante depuis la surface interne (Sint) du secteur d'anneau interne (13) en restant inférieure à la profondeur constante (H 5) de la zone aval de motif (322).
[Revendication 7] Joint d'étanchéité (100) selon l'une quelconque des revendications 4 à
6, dans lequel les motifs de la deuxième rangée de motifs (32) sont décalés dans la direction circonférentielle par rapport aux motifs de la première rangée de motifs (31) d'une distance comprise entre 0,25 fois la largeur d'un motif et 0,75 fois la largeur d'un motif.
[Revendication 8] Joint d'étanchéité (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à
7, dans lequel les motifs présentent un angle d'inclinaison (a) par rapport à la direction axiale (DA), cet angle d'inclinaison (a) étant supérieur ou égal à 30°.
[Revendication 9] Joint d'étanchéité (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à
8, dans lequel les secteurs d'anneau externe (11) forment une virole externe et les secteurs d'anneau interne (13) présentent des extrémités circonférentielles agencées bout-à-bout dans la direction circonférentielle autour de l'axe A et dans lequel chaque extrémité circonférentielle d'un secteur d'anneau interne (13) présentent un angle d'inclinaison ( ) par rapport à direction circonférentielle (Dc) compris entre 30° et 90°.
[Revendication 10] Joint d'étanchéité (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à
9, comprenant entre 8 et 12 secteurs de joints.
[Revendication 11] Joint d'étanchéité (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à
10, comprenant en outre un organe d'étanchéité secondaire (14) disposé radialement au- dessus du secteur d'anneau interne (13) de sorte à empêcher de l'air de traverser axialement le joint d'étanchéité radialement au-dessus du secteur d'anneau interne (13).
[Revendication 12] Turbomachine aéronautique comprenant au moins un joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 11.
[Revendication 13] Turbomachine aéronautique selon la revendication 12, comprenant un circuit d'acheminement de l'air de refroidissement vers un disque de rotor haute pression, le circuit d'acheminement de l'air de refroidissement comprenant au moins un joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, ledit circuit d'acheminement de l'air de refroidissement comprenant une entrée prélevant l'air (401) en aval du dernier disque du compresseur haute pression (4), une entrée prélevant l'air radialement sous la chambre de combustion (5) et une sortie d'air débouchant dans un logement de refroidissement du disque de rotor haute pression et l'au moins un joint d'étanchéité étant disposé à une parmi les positions ci-dessous :
- en aval de l'entrée prélevant l'air (401) du compresseur à haute pression, radialement sous le dernier redresseur du compresseur haute pression ;
- radialement en dessous d'un injecteur d'air de refroidissement en communication fluide avec l'entrée prélevant l'air radialement sous la chambre de combustion (5);
- radialement entre l'injecteur et le pied du distributeur haute pression (701) et disposé de sorte à empêcher une fuite de l'air destinée refroidir le rotor haute pression.
[Revendication 14] Turbomachine aéronautique selon la revendication 13, dans laquelle le joint d'étanchéité est disposé en aval de l'entrée prélevant l'air (401) du compresseur à haute pression, radialement sous le dernier redresseur du compresseur haute pression et la surface (500) en regard dudit joint d'étanchéité (100) comprend une rainure (51) remplie d'un vernis transparent.
EP24719871.6A 2023-03-23 2024-03-20 Joint d'etancheite pour turbomachine Pending EP4684113A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2302758A FR3146937A1 (fr) 2023-03-23 2023-03-23 Joint d’étanchéité pour turbomachine
PCT/FR2024/050328 WO2024194565A1 (fr) 2023-03-23 2024-03-20 Joint d'etancheite pour turbomachine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4684113A1 true EP4684113A1 (fr) 2026-01-28

Family

ID=87136187

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP24719871.6A Pending EP4684113A1 (fr) 2023-03-23 2024-03-20 Joint d'etancheite pour turbomachine

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP4684113A1 (fr)
CN (1) CN120936789A (fr)
FR (1) FR3146937A1 (fr)
WO (1) WO2024194565A1 (fr)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5322298A (en) * 1992-06-09 1994-06-21 Dresser-Rand Company Shaft seal
US9587746B2 (en) * 2012-07-31 2017-03-07 General Electric Company Film riding seals for rotary machines
WO2014150825A1 (fr) * 2013-03-15 2014-09-25 Advanced Technologies Group, Inc. Joint d'étanchéité sans contact auto-ajustant
US8939706B1 (en) * 2014-02-25 2015-01-27 Siemens Energy, Inc. Turbine abradable layer with progressive wear zone having a frangible or pixelated nib surface
US10822983B2 (en) * 2018-02-06 2020-11-03 Raytheon Technologies Corportation Hydrostatic seal with abradable teeth for gas turbine engine

Also Published As

Publication number Publication date
WO2024194565A1 (fr) 2024-09-26
CN120936789A (zh) 2025-11-11
FR3146937A1 (fr) 2024-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0176447B1 (fr) Dispositif de contrôle automatique du jeu d'un joint à labyrinthe de turbomachine
WO2017144805A1 (fr) Redresseur pour compresseur de turbomachine d'aeronef, comprenant des orifices de prelevement d'air de forme etiree selon la direction circonferentielle
FR3082558A1 (fr) Distributeur de turbine pour turbomachine, comprenant un systeme passif de reintroduction de gaz de fuite dans une veine d'ecoulement des gaz
EP3880939B1 (fr) Étanchéité entre une roue mobile et un distributeur d'une turbomachine
CA2569564C (fr) Distributeur de turbine de turbomachine ameliore
FR2999249A1 (fr) Compresseur pour turbomachine dote de moyens de refroidissement d'un joint tournant assurant l'etancheite entre un redresseur et un rotor
FR2939852A1 (fr) Etage d'aubes statoriques dans un compresseur
EP4684113A1 (fr) Joint d'etancheite pour turbomachine
WO2024236241A1 (fr) Joint d'etancheite pour turbomachine
WO2024194568A1 (fr) Architecture pour joint d'etancheite de turbomachine
WO2024194567A1 (fr) Ensemble d'etancheite pour turbomachine
FR2988129A1 (fr) Systeme d'etancheite pour un distributeur d'une turbine de turbomachine, turbine et turbomachine correspondantes.
EP4684112A1 (fr) Joint d'etancheite de turbomachine
EP3775496A1 (fr) Turbomachine comportant un dispositif d'amelioration du refroidissement de disques de rotor par un flux d'air
EP4684100A1 (fr) Carter d'injection d'air pour turbomachine
WO2025037058A1 (fr) Joint d'étanchéité pour turbomachine
WO2025158119A1 (fr) Ensemble d'étanchéité amélioré pour turbine de turbomachine
FR3069276B1 (fr) Ensemble d'etancheite pour turbomachine
FR3136504A1 (fr) Elément abradable pour une turbine de turbomachine, comprenant des alvéoles présentant différentes inclinaisons
EP4314493A1 (fr) Ensemble d'anneau de turbine pour une turbomachine
FR3065484B1 (fr) Ensemble de turbine de turbomachine
FR3160202A1 (fr) Joint d’étanchéité pour turbomachine
FR3161923A1 (fr) Etage d’aubes a calage variable pour une turbomachine d’aeronef
WO2025037057A1 (fr) Joint d'étanchéité pour turbomachine
WO2026002921A1 (fr) Ensemble redresseur pour compresseur basse pression de turbomachine

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20250925

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR