FR2963403A1 - Dents de joint pour ensemble d'etancheite - Google Patents

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Abstract

Ensemble d'étanchéité (150) pour élément rotatif (120). L'ensemble d'étanchéité (150) comprend : une pluralité d'anneaux de garniture arqués (152) conçus pour former un volume annulaire entourant de près l'élément rotatif (120) ; et une pluralité de dents (154) de joint s'étendant de manière radiale et circonférentielle, montées sur chacun de la pluralité d'anneaux de garniture arqués (152), au moins une (155) de la pluralité de dents (154) de joint comportant une pluralité de saillies axiales (156).

Description

B11-3165FR 1 Dents de joint pour ensemble d'étanchéité
La présente invention porte de façon générale sur un ensemble d'étanchéité, et plus particulièrement, sur un ensemble d'étanchéité comprenant des dents de joint ayant des saillies pour réduire les tourbillons et les fuites dans les machines tournantes. Dans son principe, une machine tournante, par exemple une turbine, est constituée par un organe rotatif placé dans un organe fixe. Le parcours du fluide à l'intérieur de la machine tournante est constitué par un trajet de fluide primaire et un trajet de fluide secondaire. Les fuites de fluide, soit rejoignant le trajet de fluide primaire depuis le trajet de fluide secondaire, soit sortant du trajet de fluide primaire pour rejoindre le trajet de fluide secondaire, risquent d'avoir une incidence négative sur le rendement de la turbine. Afin de limiter le plus possible les fuites, des ensembles d'étanchéité tels que des joints labyrinthes, comportant ordinairement des anneaux de garniture arqués, sont placés entre l'organe fixe et les organes rotatifs de la turbine.
Ces joints labyrinthes comprennent ordinairement une pluralité de dents de joint s'étendant de manière axialement espacée sur le pourtour, qui servent à réduire les fuites dans la machine tournante. En fonctionnement, du fait de la grande vitesse de rotation du rotor, le fluide qui pénètre axialement dans le trajet de fluide pour une machine tournante peut acquérir une forte composante de vitesse tangentielle (que l'on appelle également "tourbillon ou swirl de vapeur"). Par exemple, tandis que le fluide passe à travers le joint labyrinthe, le fluide risque d'entrer entre les dents à espacement axial du joint et sur le pourtour de l'organe rotatif. Cela amène le fluide à acquérir une grande composante de vitesse tangentielle susceptible de provoquer des instabilités du rotor dans les turbomachines. L'ampleur de cette instabilité du rotor est fonction de la composante d'écoulement périphérique du fluide dans le joint labyrinthe. Un premier aspect de l'invention propose un ensemble d'étanchéité pour élément rotatif, l'ensemble d'étanchéité comprenant : une pluralité d'anneaux de garniture arqués conçus pour former un volume annulaire entourant de près l'élément rotatif ; et une pluralité de dents de joint, à extension radiale et circonférentielle, montées sur chacun de la pluralité d'anneaux de garniture arqués, au moins une des dents de joint comportant une pluralité de saillies axiales. Un second aspect de l'invention propose une turbomachine comprenant : un élément rotatif ; un organe fixe entourant sensiblement l'élément rotatif ; et un ensemble d'étanchéité monté sur l'organe fixe, l'ensemble d'étanchéité comprenant : une pluralité d'anneaux de garniture arqués conçus pour former un volume annulaire entourant de près l'élément rotatif ; et une pluralité de dents de joint s'étendant dans les directions radiale et circonférentielle, montées sur chacun de la pluralité d'anneaux de garniture arqués, au moins une des dents de joint comportant une pluralité de saillies axiales. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente une vue partielle en coupe d'une machine selon une forme de réalisation de l'invention ; - la figure 2 représente une vue partielle en perspective d'un ensemble d'étanchéité selon une forme de réalisation de l'invention - la figure 3 représente une vue partielle en coupe d'un ensemble d'étanchéité selon une forme de réalisation de l'invention - la figure 4 représente une vue partielle en perspective d'un ensemble d'étanchéité selon une forme de réalisation de l'invention - la figure 5 représente une vue partielle en perspective d'un ensemble d'étanchéité selon une forme de réalisation de l'invention et - la figure 6 représente une vue partielle en perspective d'un ensemble d'étanchéité selon une forme de réalisation de l'invention. On notera que les dessins illustrant l'invention ne sont pas à l'échelle. Les dessins servent à illustrer seulement des aspects typiques de l'invention et ne doivent par conséquent pas être considérés comme limitant le cadre de l'invention. Sur les dessins, les mêmes repères désignent des éléments identiques d'un dessin à l'autre. Considérant la figure 1, il y est représenté une vue partielle en coupe d'une machine 100 selon une forme de réalisation de l'invention. Bien que les figures 1 à 6 soient représentées en référence à une turbine à vapeur, il est entendu que les principes des diverses formes de réalisation de l'invention peuvent s'appliquer de même à d'autres turbomachines et qu'une turbine à vapeur ne sert que d'exemple d'un type de turbomachine pour décrire les aspects de l'invention. La machine 100 peut comprendre un élément rotatif 120 et un organe fixe 130. L'organe fixe 130 peut sensiblement entourer l'élément rotatif 120. La machine 100 peut également comprendre un ensemble d'étanchéité 150 monté sur l'organe fixe 130. Comme représenté, l'ensemble d'étanchéité 150 peut être monté sur l'organe fixe 130 en logeant une partie de montage 151 d'un anneau de garniture arqué 152 dans une gorge 132 de l'organe fixe 130. Considérant maintenant la figure 2, il y est représenté une vue partielle en perspective d'un ensemble d'étanchéité 150 selon une forme de réalisation de l'invention. L'ensemble d'étanchéité 150 peut comprendre une pluralité d'anneaux de garniture arqués 152 (un seul étant représenté). Les anneaux de garniture arqués 152 peuvent être agencés pour former un volume annulaire qui entoure de près l'élément rotatif 120 (figure 1). L'ensemble d'étanchéité 150 peut comprendre une pluralité de dents de joint 154 montées sur chaque anneau de garniture arqué 152. Les dents de joint 154 peuvent être montées sur chaque anneau de garniture arqué 152, de n'importe quelle manière, notamment par encastrement, enfoncement à l'aide d'un marteau ou usinage. Les dents de joint 154 peuvent s'étendre dans une direction radiale vers l'élément rotatif 120 (figure 1) ainsi que dans une direction circonférentielle autour de l'élément rotatif 120 (figure 1), de façon que la pluralité de dents de joint 154 puissent assurer une étanchéité empêchant des fuites susceptibles de survenir le long de la machine 100 (figure 1). Au moins une dent de joint 155 de la pluralité de dents de joint 154 peut comporter une pluralité de saillies 156 qui s'étendent le long de la dent de joint 155 dans la direction axiale de l'élément rotatif 120 (figure 1) afin de réduire les tourbillons provoqués par le rotor et les fuites entre chacune des dents de joint 154, sur le pourtour de l'élément rotatif 120 (figure 1), de telle sorte qu'au moins une dent de joint 155 soit profilée. Considérant maintenant la figure 3, il y est représenté une vue en coupe d'un ensemble d'étanchéité 150 selon une forme de réalisation de l'invention. Chaque dent de joint 154 peut s'étendre soit sur une première hauteur radiale (Rl) soit sur une seconde hauteur radiale (R2) dans la direction radiale vers l'élément rotatif 120. La première hauteur radiale (Rl) peut être plus grande que la seconde hauteur radiale (R2), de façon que la pluralité de dents de joint 154 forment une configuration de dents de joint alternativement hautes et basses. Selon une autre possibilité, R1 et R2 peuvent correspondre à la même hauteur radiale. Au moins une dent de joint 155 peut comporter une pluralité de saillies 156 qui s'étendent le long de la dent de joint 155 dans la direction axiale de l'élément rotatif 120 afin de réduire le tourbillon provoqué par le rotor et les fuites entre chacune de la pluralité de dents de joint 154, sur le pourtour de l'élément rotatif 120. La dent de joint 155 qui comporte une pluralité de saillies 156 peut avoir la première hauteur radiale (R1). Comme représenté sur la figure 3, chaque dent de joint qui a la première hauteur radiale (Rl) peut comporter une pluralité de saillies axiales 156. Bien que la pluralité de saillies 156 soient représentées comme s'étendant dans une direction axiale de l'élément rotatif 120 (vers la droite sur la figure 3), les saillies 156 peuvent s'étendre dans la direction axiale opposée de l'élément rotatif 120 (vers la gauche sur la figure 3). Selon une autre possibilité, les saillies 156 peuvent, dans une autre configuration possible, s'étendre dans les deux directions axiales de l'élément rotatif 120 (vers la droite et la gauche sur la figure 3). Les saillies axiales 156 peuvent être conçues de manière à avoir n'importe quelle forme empêchant la circulation d'un fluide sur le pourtour, entre chacune des dents de joint 154, autour de l'élément rotatif 120. Comme représenté sur les figures 2 et 3, les saillies axiales 156 peuvent avoir une forme sensiblement carrée. Cependant, les saillies axiales 156 peuvent également avoir une forme sensiblement en demi-cercle (figure 4) ou une forme sensiblement triangulaire (figure 5). Par ailleurs, les saillies axiales 156 peuvent former une surface sinusoïdale sensiblement continue (figure 6) telle qu'une forme ondulée. Bien que les saillies axiales 156 soient représentées comme étant sensiblement continues, la surface sinusoïdale peut également être intermittente. Selon une autre possibilité, les différentes saillies axiales 156 peuvent comporter une combinaison de formes différentes. Comme indiqué plus haut, l'ensemble d'étanchéité 150 peut être conçu pour former un volume annulaire qui entoure de près l'élément rotatif 120. Revenant à la figure 1, l'ensemble d'étanchéité 150 peut entourer de près n'importe quelle partie de l'élément rotatif 120 qui nécessite une prévention de fuites et une réduction des tourbillons. Par exemple, l'ensemble d'étanchéité 150 peut entourer de près le rotor 120. Selon une autre possibilité, l'ensemble d'étanchéité 150 peut entourer de près un ensemble d'aubes 124 afin de réduire les fuites et les tourbillons au bout des aubes.
La terminologie employée ici sert uniquement à décrire des formes de réalisation particulières et n'est pas destinée à limiter l'invention. Au sens de la présente description, il est entendu que les articles indéfinis et définis au singulier couvrent également les formes plurielles de ceux-ci, sauf si le contexte indique clairement le contraire. Par ailleurs, il sera entendu que les termes "comprend" et/ou "comprenant", lorsqu'ils sont utilisés dans la présente description, indiquent la présence de dispositifs, éléments et/ou pièces cités, mais n'excluent pas la présence ou l'ajout d'un ou de plusieurs dispositifs, éléments et/ou pièces.
Listes des repères
100 Machine 120 Elément rotatif 124 Ensemble d'aube 130 Organe fixe 132 Gorge 150 Ensemble d'étanchéité 151 Partie de montage 152 Anneau de garniture arqué 154 Pluralité de dents de joint 155 Au moins une dent de joint 156 Pluralité de saillies

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Ensemble d'étanchéité (150) pour élément rotatif (120), l'ensemble d'étanchéité (150) comprenant : une pluralité d'anneaux de garniture arqués (152) conçus pour former un volume annulaire entourant de près l'élément rotatif (120) ; et une pluralité de dents (154) de joint s'étendant de manière radiale et circonférentielle, montées sur chacun de la pluralité d'anneaux de garniture arqués (152), au moins une (155) dent de joint comportant une pluralité de saillies axiales (156).
  2. 2. Ensemble d'étanchéité (150) selon la revendication 1, dans lequel chacune des dents (154) de joint s'étendant de manière radiale et circonférentielle a soit une première hauteur radiale (Rl) soit une seconde hauteur radiale (R2), la première hauteur radiale (Rl) étant plus grande que la seconde hauteur radiale (R2).
  3. 3. Ensemble d'étanchéité (150) selon la revendication 2, dans lequel ladite dent (155) de joint s'étendant de manière radiale et circonférentielle, comportant la pluralité de saillies axiales (156), a la première hauteur radiale (R1).
  4. 4. Ensemble d'étanchéité (150) selon la revendication 2, dans lequel chacune de la pluralité de dents (154) de joint s'étendant de manière radiale et circonférentielle et ayant la première hauteur radiale (Rl) comporte une pluralité de saillies axiales (156).
  5. 5. Ensemble d'étanchéité (150) selon la revendication 1, dans lequel les saillies axiales (156) sont sensiblement semi-circulaires.
  6. 6. Ensemble d'étanchéité (150) selon la revendication 1, dans lequel les saillies axiales (156) sont sensiblement triangulaires.
  7. 7. Ensemble d'étanchéité (150) selon la revendication 1, dans lequel les saillies axiales (156) sont sensiblement carrées.
  8. 8. Ensemble d'étanchéité (150) selon la revendication 1, dans lequel les saillies axiales (156) forment une surface sinusoïdale sensiblement continue.
  9. 9. Ensemble d'étanchéité (150) selon la revendication 1, 5 dans lequel l'élément rotatif (12) est un rotor (120).
  10. 10. Ensemble d'étanchéité (150) selon la revendication 1, dans lequel l'élément rotatif (12) est un ensemble d'aubes (124).
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