FR2737250A1 - Joint d'etancheite a balai pour turbomachines - Google Patents
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Abstract
Un support (3) pour un faisceau de poils de balai (B) est prévu sur le stator de machine, support à partir duquel le faisceau de poils de balai est guidé entre des nervures périphériques (4, 5) de manière à venir s'appliquer de façon étanche contre le rotor de machine (2), et forme un interstice axial (S) en direction périphérique par rapport à la nervure (5) dirigée vers le côté haute pression. Le faisceau de poils de balai (B) comporte, au moins du côté du joint dirigé vers la chambre de pression la plus élevée, des moyens (6) formant écran vis-à-vis, ou bien le joint d'étanchéité à balai comporte un dispositif destiné à la dispersion, d'un écoulement tourbillonnaire engendré par le rotor de machine.
Description
L'invention se rapporte à un joint d'étanchéité à balai pour
turbomachines, destiné à rendre étanches l'une par rapport à l'autre, des chambres soumises à des pressions différentes, au niveau d'un interstice périphérique, notamment entre un stator de machine et un rotor de machine, un support pour un faisceau de poils de balai étant prévu sur le stator de machine, support à partir duquel le faisceau de poils de balai est guidé entre des nervures périphériques de manière à venir s'appliquer de façon étanche contre le rotor de machine, et forme un interstice axial en direction périphérique, par rapport à la première nervure dirigée
vers le côté haute pression.
Les joints d'étanchéité à balai connus, du type précité (document DE 39 07 614 A1) sont mis en oeuvre dans des turbomachines, notamment des ensembles de propulsion à turbine à gaz, en vue de rendre étanche les unes par rapport aux autres, avec un écoulement de fuite minimal, des chambres soumises à des pressions de fluide différentes, au niveau d'interstices périphériques, par exemple entre un carter de machine et le rotor ou un arbre de machine. Dans ce cas, il est nécessaire de pouvoir compenser des positions excentrées du rotor ou de l'arbre par rapport au carter, pouvant par exemple résulter de balourds du rotor, par un rattrapage mobile
élastique des poils de balai.
Un inconvénient majeur des joints d'étanchéité à balai cités et d'autres joints d'étanchéité à balai connus, réside dans le fait que les poils de balai du joint d'étanchéité à balai, en raison de la rotation de l'arbre, sont soumis à un écoulement tourbillonnaire rotatif, qui produit un effet négatif sur la forme et la disposition
géométrique souhaitée du balai, et ainsi également sur l'effet d'étanchéité.
L'écoulement tourbillonnaire a un effet négatif particulièrement marqué sur la position locale des extrémités libres des poils de balai, qui font saillie par rapport aux extrémités des nervures de guidage, en direction de la surface du rotor ou de l'arbre. Il est ainsi impossible de garantir une étanchéité primaire fiable, à faibles fuites. L'écoulement tourbillonnaire évoqué, et ses conséquences néfastes, ne peuvent pas non plus être exclus sur le côté basse pression du joint d'étanchéité. En outre, la formation de modes et de géométries tourbillonnaires individuels et particulièrement marqués, peut en supplément être favorisée par des géométries de surface spéciales sur l'arbre, ou par des éléments rapportés (vis, gorges, épaulements).
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Le but de l'invention consiste à indiquer un joint d'étanchéité à balai du type de celui mentionné en introduction, qui, en tenant compte d'un écoulement tourbillonnaire rotatif ou de la formation d'un tourbillon rotatif engendré par l'arbre, garantit le maintien de la forme et de la géométrie des poils de balai, dans l'optique
d'une étanchéité optimale.
Conformément à l'invention, ce but est atteint grâce au fait qu'au moins
du côté amont, le faisceau de poils de balai comporte des moyens formant écran vis-
à-vis, ou bien le joint d'étanchéité à balai comporte un dispositif destiné à la
dispersion, d'un écoulement tourbillonnaire engendré par le rotor de machine.
Ainsi, conformément à l'invention, selon une première variante, il est prévu un moyen formant écran, qui avantageusement fait partie intégrante du faisceau ou paquet enroulé de poils de balai. Le moyen formant écran constitue un dispositif protégeant efficacement, à l'encontre d'un écoulement tourbillonnaire, le faisceau de poils de balai, et le stabilisant. Les poils de balai d'un faisceau de poils de balai sont ici masqués sur la plus grande partie de leur étendue longitudinale, par
rapport aux chambres de pression locales, grâce à des nervures espacées axialement.
Selon une variante de ce premier mode de réalisation, les moyens formant écran sont formés sur le faisceau de poils de balai, par au moins une couche
périphérique de poils de balai présentant l'épaisseur de poil la plus importante.
Ainsi, le moyen formant écran peut être réalisé sur le faisceau de poils de balai, par au moins une couche ou rangée de poils de balai d'une épaisseur de poil ou de fil relativement importante. L'épaisseur de poil de balai la plus importante devra être dimensionnée de manière telle, qu'entre autres ces poils de balai épais garantissent également la nécessaire élasticité de déformation, pour réaliser une étanchéité optimale. Conformément à une autre caractéristique, les moyens formant écran réalisent un premier flanc de l'interstice axial, sur le faisceau de poils de balai. Par ailleurs, le faisceau de poils de balai peut présenter, par couches ou par rangées, une épaisseur de poils de balai ou de fil augmentant en direction dudit premier flanc de l'interstice axial. L'interstice axial, dont le premier flanc d'interstice peut donc être formé par un moyen formant écran, peut être prévu avec une largeur d'interstice plus
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faible et être dimensionné de manière à présenter une largeur environ égale à 1/10 de la largeur maximale du faisceau de poils de balai. Cet interstice axial empêche un coincement localisé des poils de balai entre les deux nervures et garantit un jeu minimal nécessaire des poils de balai, dans la direction périphérique et dans la direction axiale. En outre, cet interstice axial permet d'obtenir une répartition uniforme de la pression de fluide dans la direction périphérique, au niveau du moyen formant écran et d'autres parties de poils de balai du faisceau, voisines
intérieurement dudit moyen formant écran.
Selon une autre configuration de l'invention, le faisceau de poils de balai présente les moyens formant écran sur le côté dirigé vers la chambre de pression la plus élevée, et sur le côté dirigé vers la chambre de pression moindre. Il en résulte une augmentation de la stabilité d'ensemble par rapport à un écoulement tourbillonnaire pouvant éventuellement également se produire sur le côté basse
pression.
Conformément à une caractéristique de l'invention, le restant du faisceau de poils de balai renfermant les moyens formant écran, peut être constitué, par rangées ou par couches, de poils de balai ayant des épaisseurs de poil ou de fil différentes. Ainsi, l'effet d'étanchéité et la stabilité d'ensemble du faisceau de poils de balai peuvent être améliorés, outre les moyens formant écran existants, par un mode de construction du faisceau présentant des épaisseurs de poil ou de fil variant
alternativement par couches ou par rangées.
Ceci est également valable en combinaison avec un moyen formant écran constitué par un treillis de fil métallique formé sur le faisceau de poils de balai. Ce treillis peut être formé par de fins fils métalliques croisés et brasés ou tissés. Les mailles du treillis métallique permettent d'amortir, voire de neutraliser dans une large mesure, par exemple un tourbillon d'air rotatif. Lorsque ce moyen formant écran est disposé du côté haute pression et du côté basse pression, les poils de balai sont maintenus regroupés axialement à la manière d'une cage, de sorte qu'il est ainsi possible de limiter des déviations axiales des poils de balai, notamment au niveau de l'extrémité de balai faisant saillie radialement hors des nervures. Le treillis métallique présente une forme annulaire et est maintenu à distance du rotor ou de l'arbre, par un alésage central présentant un jeu par rapport à ce rotor ou cet arbre. Selon une caractéristique de l'invention, le moyen formant écran utilisé est disposé en commun avec le faisceau de poils de balai sur le support, et est ainsi enserré entre un tronçon du faisceau de poils de balai, coudé de manière sensiblement en forme "U" autour d'un anneau formant âme, et un tube de serrage, qui est pourvu d'une fente périphérique et qui se situe radialement à l'intérieur dans une chambre annulaire ouverte d'un côté et formée par deux parties de carter
comprenant les nervures périphériques.
Selon une seconde variante de mode de réalisation de l'invention, le joint d'étanchéité comporte un dispositif destiné à disperser l'écoulement tourbillonnaire, et ce dispositif est constitué d'un corps annulaire ouvert sensiblement d'un côté, en regard du fluide dans la chambre de pression la plus élevée, et présentant une structure au moins partiellement perméable à l'écoulement, ce corps annulaire formant en commun avec l'extrémité de ladite première nervure, par rapport à la surface du rotor, un canal annulaire axial qui communique, avant les poils de balai, avec l'interstice axial. Grâce à cette variante de mode de réalisation conforme à l'invention, du joint d'étanchéité à balai comprenant un dispositif destiné à disperser l'écoulement tourbillonnaire, un écoulement tourbillonnaire rotatif engendré par le rotor en rotation dans la chambre de pression la plus élevée, en amont du joint d'étanchéité, peut être largement dispersé, et être sensiblement épuisé quant à son contenu énergétique initial. A partir de l'écoulement tourbillonnaire, une fraction importante de fluide déjà relativement tranquillisé s'écoule dans le canal annulaire axial en amont du joint d'étanchéité (faisceau de poils de balai), dans lequel la vitesse d'écoulement du fluide, par exemple de l'air, augmente, la pression chutant simultanément en conséquence dans le canal annulaire axial, par rapport au niveau de pression plus élevé qui règne dans la chambre ou la chambre annulaire en amont du dispositif Le canal annulaire axial constitue un "parcours de tranquillisation" supplémentaire pour le fluide s'écoulant de la chambre de pression la plus élevée contre le faisceau de poils de balai. Une fraction résiduelle de l'écoulement tourbillonnaire rotatif, s'écoule, en vue de la tranquillisation ou de la dispersion citées de l'écoulement tourbillonnaire, latéralement dans le dispositif, puis s'écoule sensiblement dans la direction radiale, le long de la surface
périphérique radiale intérieure du dispositif, jusque dans le canal annulaire axial.
Le dispositif considéré peut avantageusement être constitué par un corps
annulaire poreux à canaux.
Ainsi, le corps annulaire peut être réalisé sous la forme d'une éponge métallique ou à la manière d'un nid d'abeille. La structure poreuse de l'éponge métallique peut être adaptée à produire l'épuisement énergétique du tourbillon, mais également au guidage du fluide au travers du corps annulaire, en direction du canal annulaire axial. L'éponge peut être fabriquée en un matériau de construction léger, par exemple un aluminure de titane à structure cellulaire globulaire. Elle peut également être fabriquée sous forme de matériau à alvéoles sphériques creuses, én plusieurs étapes de frittage, en un composé intermétallique ou ses alliages. Grâce à la structure à alvéoles sphériques creuses, il est possible de tenir compte lors de la
fabrication, de la porosité et d'une réalisation de canaux correspondante.
Selon une autre variante, le dispositif peut donc également être réalisé par un corps annulaire d'un mode de construction en nid d'abeille. Le corps annulaire peut présenter des canaux d'orientation radiale, formés par la structure en nid d'abeille, ou peut être traversé par des canaux d'orientation axiale, contenus dans la structure en nid d'abeille. Le corps annulaire peut également présenter de manière combinée, des canaux d'orientation axiale et des canaux d'orientation radiale, qui, dans une position coudée les uns par rapport aux autres, sont liés entre- eux sur le plan fluidique, les canaux d'orientation radiale débouchant sur un premier côté, dans le canal annulaire axial, et les canaux d'orientation axiale communiquant sur un premier côté, avec la chambre de pression de fluide la plus élevée. Par ailleurs, les canaux d'orientation axiale débouchent sur un premier côté du corps annulaire, dans un interstice périphérique, qui est réalisé entre le premier côté considéré du corps annulaire et la première nervure périphérique disposée en amont du faisceau de poils de balai, et qui communique avec le canal annulaire axial s'étendant en regard de la surface extérieure du rotor. Les canaux d'orientation axiale débouchent donc, aux extrémités opposées à celles situées du côté haute pression, dans un interstice
périphérique qui est en communication avec le canal annulaire axial.
Selon un autre mode de réalisation, le dispositif est réalisé d'un seul tenant au moins avec la première nervure disposée en amont du faisceau de poils de balai. Cette première nervure peut être prolongée axialement, du côté amont du joint d'étanchéité à balai, à la manière d'un flasque annulaire formant à distance radiale de la surface du rotor, un canal annulaire axial qui, en amont des poils de balai, communique avec l'interstice axial, et présente des alésages de passage d'orientation
radiale et répartis le long de la périphérie.
Conformément à une autre caractéristique de l'invention, le corps annulaire est entouré, extérieurement et le long des deux faces frontales axiales, au moins partiellement, par une enveloppe en deux parties et est maintenu par celle-ci, l'une des parties de l'enveloppe présentant le long de la surface terminale du corps annulaire, côté haute pression, des ouvertures de passage axiales, qui sont raccordées localement à la structure intérieure perméable à l'écoulement, ou
directement aux extrémités d'un côté des canaux d'orientation axiale.
Selon une dernière variante, il est prévu un joint d'étanchéité à la pression à plusieurs étages, comportant deux faisceaux de poils de balai maintenus à distance axiale l'un de l'autre sur le stator de machine, un corps annulaire supplémentaire, notamment sous la forme d'une éponge métallique, étant disposé entre deux parties de carter espacées axialement, en regard l'une de l'autre, et comportant les nervures du premier et du second joint d'étanchéité. Ainsi, notamment en utilisant une éponge métallique supplémentaire en guise de dispositif, il est possible d'obtenir un effet d'étanchéité plus important, en créant un joint d'étanchéité à la pression à plusieurs étages. Dans ce cas, entre les deux faces frontales axiales de l'éponge métallique supplémentaire et les nervures pour les poils de balai du premier et du second joint d'étanchéité, sont réalisés des interstices périphériques débouchant dans un autre canal annulaire axial, qui forme une chambre de pression supplémentaire, axialement entre les extrémités
correspondantes des deux faisceaux de poils de balai.
Dans la suite, l'invention va être explicitée plus en détail, à l'aide de plusieurs exemples de réalisation représentés sur les dessins annexés, qui montrent: Fig. 1 une coupe axiale du joint d'étanchéité à balai associé au stator de machine et au rotor de machine représentés sous forme de tronçons partiels, le joint d'étanchéité comprenant le moyen formant écran le long du premier flanc de l'interstice axial S, flanc formé par les poils de balai situés côté haute pression, le moyen formant écran étant constitué par des couches de poils de balai d'une épaisseur de fil relativement importante; Fig. 2 une vue dans la direction de la flèche C de la figure 1, Fig. 3 une coupe axiale selon la figure 1, d'une variante de réalisation, le moyen formant écran le long du flanc de poils de balai côté haute pression de l'interstice axial S, étant ici toutefois réalisé par un treillis métallique sur le faisceau de poils de balai, du côté haute pression, Fig. 4 une vue dans la direction de la flèche E de la figure 3, le treillis métallique étant matérialisé par des lignes qui se croisent, Fig. 5 une coupe axiale du joint d'étanchéité à balai associé au stator de machine et au rotor de machine représentés chacun sous forme de tronçons partiels, le joint d'étanchéité comprenant un premier mode de réalisation d'un dispositif se trouvant en amont du joint d'étanchéité à balai, se présentant ici sous la forme d'une éponge métallique, et destiné à disperser l'écoulement tourbillonnaire, Fig. 6 une coupe axiale dujoint d'étanchéité à balai associé au stator de machine et au rotor de machine, d'une configuration correspondant quant à son principe, à la figure 5, et présentant ici un second mode de réalisation du dispositif en amont du joint d'étanchéité, également sous la forme d'une éponge métallique de porosité relativement faible et comprenant des perçages d'orientation axiale dans la partie d'enveloppe de droite, Fig. 7 en coupe axiale et en ayant omis le stator de machine, une troisième variante du dispositif en amont du joint d'étanchéité à balai, sous la forme d'un corps annulaire à structure en nid d'abeille, comportant des canaux d'orientations radiale et axiale, Fig. 8 une vue selon la direction de la flèche A de la figure 7, en ayant omis le rotor, Fig. 9 en coupe axiale et en ayant omis le stator de machine, une quatrième variante du dispositif en amont du joint d'étanchéité à balai, sous forme de corps annulaire à structure en nid d'abeille, ici toutefois avec des canaux de passage d'écoulement d'orientation axiale, Fig. 10 une vue selon la direction de la flèche B de la figure 9, cette vue montrant l'angle d'incidence des poils de balai, oblique par rapport au sens de rotation D du rotor de machine, et régulier le long de la périphérie, Fig. 11 en ayant omis le stator de machine, une coupe axiale du joint d'étanchéité à balai comprenant côté amont du joint d'étanchéité, un cinquième dispositif en tant que flasque annulaire axial, sur une nervure, présentant des perçages d'orientation radiale dans le flasque annulaire, qui relient la chambre R1 de pression plus élevée au canal annulaire axial, et Fig. 12 en ayant omis le carter de machine, un joint d'étanchéité de pression à plusieurs étages représenté en coupe axiale, formant un joint d'étanchéité à balai comprenant une éponge métallique supplémentaire entre deux joints d'étanchéité à balai individuels agencés à
distance axiale l'un de l'autre.
Les figures 1 et 2 pour la première variante de mode de réalisation et la figure 5 à titre représentatif pour la seconde variante de mode de réalisation, montrent un joint d'étanchéité à balai pour une turbomachine; le joint d'étanchéité à balai doit rendre étanche par rapport à deux chambres Ri, R2 soumises à des pressions de fluide différentes, un interstice périphérique entre un carter de machine 1, 101 et la surface extérieure d'un rotor de machine 2, 102 monté coaxialement et en rotation dans le carter. La pression de fluide Pi existant dans la chambre Ri est ici supérieure à la pression de fluide P2 dans la chambre R2. L'écoulement de fuite primaire au niveau du joint d'étanchéité est matérialisé par la flèche F. Sur le stator de machine 1, 101 est prévu un support 3, 103 pour un faisceau de poils de balai B. A partir du support 3, 103, le faisceau de poils de balai B est guidé entre des nervures 4, 104; 5, 105 sensiblement parallèles l'une à l'autre et s'étendant perpendiculairement à la surface extérieure du rotor, de manière à venir s'appliquer de façon étanche contre la surface extérieure du rotor. Sur le côté dirigé vers la chambre R2 de pression P2 la plus faible, le faisceau de poils de balai B tangente la surface intérieure correspondante de la nervure 4, 104. Sur l'autre côté, dirigé vers la chambre Ri de pression P1 plus élevée, le faisceau de poils de balai B forme, par rapport à la surface intérieure de la nervure 5, 105, un interstice axial S dans la
direction périphérique.
La figure 2 laisse entrevoir les poils de balai du faisceau B ici uniquement représenté, de manière schématique avec des espacements périphériques relativement importants. Les poils de balai forment chacun, de manière régulière, le long de la périphérie, dans l'optique du sens de rotation D, un
angle d'incidence de 45 , et viennent tangenter la surface extérieure du rotor.
Comme le laissent entrevoir les figures 1 et 5, les faisceaux de poils de balai B sont disposés sur le support 3, 103 et sont enserrés entre un anneau formant âme 7, 107 autour duquel est coudé sensiblement en forme de "U" un tronçon du faisceau de poils de balai B, et un tube de serrage 8, 108; ce dernier présente une fente périphérique pour le faisceau de poils de balai B; le tube de serrage 8, 108 est logé de manière fixe radialement à l'intérieur dans une chambre annulaire 9, 109 ouverte d'un côté et formée par deux parties de carter comprenant les nervures périphériques 4, 104; 5, 105. Les deux parties de carter comprenant les nervures 4, 104; 5, 105 sont serrées et maintenues dans une rainure périphérique; celle-ci est formée par un épaulement d'évasement 10, 110 du carter de machine 1, 101, vers un diamètre intérieur plus grand, ainsi que par la face d'extrémité axiale d'une pièce annulaire 11, 111; cette dernière est liée par vissage, le long des lignes L, L', au
carter de machine 1, 101.
L'ensemble des poils de balai du faisceau de poils de balai B peuvent être fabriqués en un matériau céramique, notamment du carbure de silicium. En variante, il est possible d'utiliser des matériaux de poils de balai métalliques hautement alliés. Les indications de matériaux données, peuvent être mises en
oeuvre dans le cadre de l'invention, pour tous les exemples de réalisation.
Conformément aux figures 1 et 2 de la première variante de mode de réalisation, des moyens formant écran 6 réalisent sur le faisceau de poils de balai B, le premier flanc de l'interstice axial S. En ce qui concerne le moyen formant écran 6, il s'agit d'au moins deux poils de balai situés l'un derrière l'autre axialement par couches ou par rangées sur le faisceau de poils de balai B et formant ainsi au moins deux couches ou rangées axialement voisines de poils. Ces poils présentent un diamètre de poil relativement important par rapport aux autres poils de balai de
diamètre relativement petit.
Le moyen formant écran 6 évoqué, est agencé en commun avec le faisceau de poils de balai B, sur le support 3; le moyen formant écran est ici enserré entre un tronçon du faisceau de poils de balai B coudé sensiblement en forme de
"U" autour d'un anneau formant âme 7, et un tube de serrage 8.
Tout en utilisant les mêmes repères, les figures 3 et 4 montrent, pour un mode de construction d'un principe identique à celui des figures 1 et 2, un mode de Il réalisation différent, selon lequel le flanc de l'interstice axial S formé du côté haute pression par le faisceau de poils de balai B, est constitué par un moyen formant écran 6' fabriqué sous la forme d'un treillis métallique. La fixation par le support 3 est pratiquement identique à celle de la figure 1. Conformément à la figure 4, le treillis métallique constituant le moyen formant écran 6', est représenté selon une vue dans la direction de la flèche E de la figure 3, et est montré sous forme de fils qui se croisent, en apparaissant au travers de la nervure 4 et du faisceau de poils de balai B. L'invention peut également être réalisée sous la forme d'un joint d'étanchéité de pression à plusieurs étages, comprenant au moins deux joints d'étanchéité à balai se succédant en étant espacés axialement sur l'arbre, et comportant chacun, des faisceaux de poils de balai B selon les figures 1 et 2 ou 3 et 4. Le concept inventif essentiel concernant la second variante de mode de réalisation selon les figures 5 à 12, réside à présent dans le fait qu'en amont du joint d'étanchéité à balai, est agencé le dispositif désigné par le repère 107 sur la figure 5, et destiné à disperser un écoulement tourbillonnaire W engendré par le rotor de
machine 102.
Dans son principe, le dispositif 107 selon la figure 5 est constitué d'un corps annulaire 111 à structure perméable à un écoulement, qui forme en commun avec l'extrémité de ladite première nervure 105, par rapport à la surface extérieure du rotor, un canal annulaire axial 115', qui communique avec l'interstice axial S, avant les poils de balai. Par ailleurs, le corps annulaire 111 représenté sur la figure , est formé par une éponge métallique présentant une porosité relativement réduite.
Dans son principe, la fonction de ce corps est par ailleurs la suivante.
A la chambre annulaire Ri en amont du dispositif, est amené de l'air sous pression, conformément à la direction de la flèche P, selon la position inclinée indiquée. Notamment en raison de la formation d'un tourbillon rotatif W résultant de têtes de vis K réparties dans la direction périphérique, l'écoulement d'interstice selon la flèche N serait normalement si fortement transformé en tourbillon, qu'il ne serait plus possible d'obtenir une position correcte des poils de balai du faisceau de poils de balai B. De la région du tourbillon rotatif W, des fractions de l'écoulement s'écoulent à présent, conformément à l'invention, latéralement à l'avant, à l'intérieur du corps annulaire 111, conformément à la flèche H, puis s'écoulent ensuite selon la direction des flèches, au niveau de la surface périphérique intérieure du corps annulaire 111, dans le canal annulaire axial 115'. Conformément à la flèche M, la fraction essentielle du fluide s'écoule axialement, à partir de la région d'écoulement tourbillonnaire W en principe déjà tranquillisé, vers l'avant, dans le canal annulaire axial 115'. A l'intérieur du canal annulaire axial 115' se produit une tranquillisation supplémentaire de l'écoulement de fluide contre lequel on veut réaliser l'étanchéité, de sorte que l'écoulement conforme à la flèche N, en amont des poils de balai du o10 joint d'étanchéité à balai, est tranquillisé; les têtes de vis K précédemment citées,
sont liées de manière fixe en rotation au rotor de machine 102.
Tout comme la figure 5, la figure 6 montre également que le corps annulaire 112 réalisé sous forme d'éponge métallique, est entouré au moins partiellement par les deux parties 121, 122 d'une enveloppe. Conformément à la figure 6, l'une 122 des parties de l'enveloppe présente, le long de la surface d'extrémité de ce corps annulaire, située sur le côté haute pression, des ouvertures de passage axiales 123. Ces ouvertures de passage axiales 123 sont raccordées localement à la structure intérieure perméable à l'écoulement du corps annulaire poreux 112. Par ailleurs, le corps annulaire 112 représenté sur la figure 6 se distingue par rapport à celui 111 selon la figure 5, par une porosité comparativement plus faible. En outre, la fonction de principe décrite précédemment au regard de la figure 5, et concernant la formation du tourbillon rotatif W et sa dispersion, peut
également s'appliquer à l'exemple de réalisation de la figure 6.
Conformément aux figures 7 et 8, le corps annulaire 113 du dispositif considéré est formé par une structure à canaux du genre nid d'abeille, des canaux d'orientation radiale étant désignés par le repère 115, et des canaux d'orientation axiale éventuellement prévus auxiliairement, étant désignés par le repère 118. Dans l'exemple des figures 7 et 8, le corps annulaire comporte donc des canaux d'orientations axiale et radiale 118, 115, qui, dans une position coudée les uns par rapport aux autres, sont liés entre-eux sur le plan fluidique. Les canaux d'orientation radiale 115 débouchent sur un premier côté, dans le canal annulaire axial 115', et lescanaux d'orientation axiale 118 communiquent sur un premier côté, avec la chambre R1 de pression de fluide P1 la plus élevée. Dans l'optique de l'élimination du tourbillon rotatif W néfaste, le dispositif comprenant le corps annulaire 113 selon
les figures 7 et 8, est pratiquement identique au dispositif selon les figures 5 et 6.
Dans le cas du dispositif 109 selon les figures 9 et 10, il est également prévu un corps 114 de forme annulaire, à structure en nid d'abeille, qui ici toutefois, n'est traversé de la droite vers la gauche, que par des canaux d'orientation axiale 116. Des fractions du tourbillon rotatif W s'écoulent ainsi, conformément à la figure 9, dans la direction axiale, selon les flèches R, au travers des canaux d'orientation axiale 116, ces canaux d'orientation axiale 116 se terminant sur le côté basse pression du corps annulaire 114, dans un interstice périphérique 117. Cet interstice 117 est formé entre la face basse pression considérée du corps annulaire 114 et la nervure 105 située en amont du faisceau de poils de balai B. Sur le côté dirigé vers la surface extérieure du rotor 102, l'interstice périphérique 117 communique avec le
canal annulaire axial 115' s'étendant en regard de la surface extérieure du rotor.
Le guidage dans des canaux de la structure en nid d'abeille selon les figures 7 à 10, présente en outre l'avantage d'obtenir, grâce à la structure polygonale des canaux, un effet visé de dispersion sur les arêtes, de l'écoulement d'air
tourbillonnaire W s'engageant dans les dispositifs considérés.
La figure 11 montre un dispositif 110 qui est fabriqué d'un seul tenant avec au moins avec la première nervure 105. Conformément à la figure 11, la première nervure 105 du joint d'étanchéité à balai, est donc prolongée axialement du côté amont, sous la forme d'un flasque annulaire 119. Le flasque annulaire 119 se trouve à distance radiale de la surface extérieure du rotor, et forme ainsi par rapport
à la surface extérieure de rotor considérée, également un canal annulaire axial 115'.
Le canal annulaire axial 115' communique ici, en amont des poils de balai du faisceau de poils de balai B, avec l'interstice axial S. Par ailleurs, le flasque annulaire présente des perçages de passage 120 d'orientation radiale, répartis en périphérie. Le tourbillon rotatif W déjà évoqué précédemment, est donc également largement éliminé ou détruit dans le cas de cet exemple de réalisation, grâce au fait que des fractions de l'écoulement tourbillonnaire en rotation, s'écoulent conformément à la direction des flèches H, par l'intermédiaire des perçages
d'orientation radiale 120, jusque dans le canal annulaire axial 115'.
La figure 12 montre un joint d'étanchéité de pression à plusieurs étages, comprenant deux faisceaux de poils de balai B, B' maintenus à distance axiale l'un de l'autre sur le stator de machine 101. Entre deux parties de carter comprenant les nervures 104, 105' du premier et du second joint d'étanchéité, et en regard l'une de l'autre en étant espacées axialement, est ici agencé un corps annulaire supplémentaire 125, qui dans le cas présent est, par exemple, formé par une éponge métallique. Entre les deux faces frontales axiales de l'éponge métallique supplémentaire 125, et les nervures 104, 105' pour les poils de balai du premier et du second joint d'étanchéité, sont conservés des interstices périphériques 126, 127, qui débouchent dans un autre canal annulaire axial 128. Cet autre canal annulaire axial 128 forme entre les extrémités considérées des deux faisceaux de poils de balai B, B', une chambre de pression supplémentaire. Par ailleurs, conformément à la figure 12, les largeurs d'interstice radiales des canaux d'orientation axiale 115' et
128, sont identiques.
L'invention peut de préférence être mise en oeuvre dans des ensembles
de propulsion à turbine à gaz.
Claims (19)
1. Joint d'étanchéité à balai pour turbomachines, destiné à rendre étanches l'une par rapport à l'autre, des chambres (Ri, R2) soumises à des pressions différentes, au niveau d'un interstice périphérique, notamment entre un stator de machine (1, 101) et un rotor de machine (2, 102), un support (3, 103) pour un faisceau de poils de balai (B) étant prévu sur le stator de machine, support à partir duquel le faisceau de poils de balai (B) est guidé entre des nervures périphériques (4, 5; 104, 105) de manière à venir s'appliquer de façon étanche contre le rotor de machine (2, 102), et forme un interstice axial (S) en direction périphérique, par rapport à la première nervure (5, 105) dirigée vers le côté haute pression, caractérisé en ce qu'au moins du côté amont, le faisceau de poils de balai (B) comporte des moyens (6, 6') formant écran vis-à-vis, ou bien le joint d'étanchéité à balai comporte un dispositif (106; 107; 108; 109; 110) destiné à la dispersion, d'un écoulement
tourbillonnaire engendré par le rotor de machine (2, 102).
2. Joint d'étanchéité à balai selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens formant écran (6) sont formés sur le faisceau de poils de balai (B), par au moins une couche périphérique de poils de balai présentant l'épaisseur de poil
la plus importante.
3. Joint d'étanchéité à balai selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens (6) formant écran réalisent un premier flanc de l'interstice axial
(S), sur le faisceau de poils de balai (B).
4. Joint d'étanchéité à balai selon la revendication 3, caractérisé en ce que le faisceau de poils de balai (B) présente, par couches ou par rangées, une épaisseur de poil de balai ou de fil augmentant en direction dudit premier flanc de
l'interstice axial (S).
5. Joint d'étanchéité à balai selon l'une des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce que le faisceau de poils de balai (B) présente les moyens formant écran (6) sur le côté dirigé vers la chambre (Ri) de pression (Pi) la plus élevée, et
sur le côté dirigé vers la chambre (R2) de pression (P2) moindre.
6. Joint d'étanchéité à balai selon l'une des revendications 1, 3 ou 5
caractérisé en ce que le moyen formant écran (6') considéré, est constitué par un
treillis de fil métallique formé sur le faisceau de poils de balai (B).
7. Joint d'étanchéité à balai selon l'une des revendications 1 à 6,
caractérisé en ce que le moyen formant écran (6, 6') considéré utilisé, est disposé en commun avec le faisceau de poils de balai (B) sur le support (3), et est ainsi enserré entre un tronçon du faisceau de poils de balai (B), coudé de manière sensiblement en forme "U" autour d'un anneau formant âme (7), et un tube de serrage (8), qui est pourvu d'une fente périphérique et qui se situe radialement à l'intérieur dans uiie chambre annulaire (9) ouverte d'un côté et formée par deux parties de carter
comprenant les nervures périphériques (4, 5).
8. Joint d'étanchéité à balai selon l'une des revendications 1 à 3 et 5 à 7,
caractérisé en ce que le restant du faisceau de poils de balai (B) renfermant les moyens formant écran (6, 6'), est constitué, par rangées ou par couches, de poils de
balai ayant des épaisseurs de poil ou de fil différentes.
9. Joint d'étanchéité à balai selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif est constitué d'un corps annulaire (111, 112, 113, 114) ouvert sensiblement d'un côté, en regard du fluide dans la chambre (Ri) de pression (Pi) la plus élevée, et présentant une structure au moins partiellement perméable à l'écoulement, ce corps annulaire formant en commun avec l'extrémité de ladite première nervure (105), par rapport à la surface extérieure du rotor, un canal annulaire axial (115') qui communique avant les poils de balai, avec l'interstice axial (S).
10. Joint d'étanchéité à balai selon la revendication 9, caractérisé en ce que le corps annulaire (111, 112) est réalisé sous la forme d'une éponge métallique
ou à la manière d'un nid d'abeille.
11. Joint d'étanchéité à balai selon la revendication 10, caractérisé en ce que le corps annulaire (113) présente des canaux d'orientation radiale, formés par la
structure en nid d'abeille.
12. Joint d'étanchéité à balai selon la revendication 10, caractérisé en ce que le corps annulaire (114) est traversé par des canaux (116) d'orientation axiale,
contenus dans la structure en nid d'abeille.
13. Joint d'étanchéité à balai selon la revendication 9 ou 12, caractérisé en ce que les canaux (116) débouchent sur un premier côté du corps annulaire (114), dans un interstice périphérique (117), qui est réalisé entre le premier côté considéré du corps annulaire et la première nervure périphérique (105) située en amont du faisceau de poils de balai (B), et qui communique avec le canal annulaire axial
I0 (115') s'étendant en regard de la surface extérieure du rotor.
14. Joint d'étanchéité à balai selon l'une des revendications 1, 9 et 10,
caractérisé en ce que le corps annulaire (113) présente des canaux d'orientation axiale (118) et des canaux d'orientation radiale (115), qui, dans une position coudée les uns par rapport aux autres, sont liés entre-eux sur le plan fluidique, les canaux d'orientation radiale (115) débouchant sur un premier côté, dans le canal annulaire axial (115'), et les canaux d'orientation axiale (118) communiquant sur un premier
côté, avec la chambre (Ri) de pression de fluide (Pi) la plus élevée.
15. Joint d'étanchéité à balai selon l'une des revendications 1 et 9 à 14,
caractérisé en ce que le dispositif (110) est réalisé d'un seul tenant au moins avec la
première nervure (105) disposée en amont du faisceau de poils de balai (B).
16. Joint d'étanchéité à balai selon la revendication 15, caractérisé en ce que la première nervure (105) est prolongée axialement, du côté amont du joint d'étanchéité à balai, sous la forme d'un flasque annulaire (119) formant, à distance radiale de la surface du rotor, un canal annulaire axial (115') qui, en amont des poils de balai, communique avec l'interstice axial (S), et présente des perçages de passage
(120) d'orientation radiale et répartis le long de la périphérie.
17. Joint d'étanchéité à balai selon l'une des revendications 9, 10, 12 et
14, caractérisé en ce que le corps annulaire (112; 113) est entouré, extérieurement et le long des deux faces frontales axiales, au moins partiellement, par une enveloppe en deux parties (121, 122) et est maintenu par celle-ci, l'une (122) des parties de l'enveloppe présentant le long de la surface terminale du corps annulaire (112; 113), côté haute pression, des ouvertures de passage axiales (123; 124), qui sont raccordées localement à la structure intérieure perméable à l'écoulement ou
directement aux extrémités d'un côté des canaux d'orientation axiale (118).
18. Joint d'étanchéité à balai selon l'une des revendications 1, 9 et 10,
caractérisé en ce qu'il est prévu un joint d'étanchéité à la pression à plusieurs étages, comportant deux faisceaux de poils de balai (B, B') maintenus à distance axiale l'un de l'autre sur le stator de machine (101), un corps annulaire supplémentaire (125), notamment sous la forme d'une éponge métallique, étant disposé entre deux parties de carter espacées axialement, en regard l'une de l'autre, et comportant les nervures
(104, 105') du premier et du second joint d'étanchéité.
19. Joint d'étanchéité à balai selon la revendication 18, caractérisé en ce qu'entre les deux faces frontales axiales de l'éponge métallique supplémentaire (125) et les nervures (104, 105') pour les poils de balai du premier et du second joint d'étanchéité, sont réalisés des interstices périphériques (126, 127) débouchant dans un autre canal annulaire axial (128), qui forme une chambre de pression supplémentaire axialement entre les extrémités correspondantes des deux faisceaux
de poils de balai (B, B').
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