FR2966504A1 - Dispositif d'etancheite - Google Patents

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Abstract

Dispositif d'étanchéité 20 comprenant au moins un premier segment et un deuxième segment adjacents 30, 40 de joint, chacun comprenant un corps allongé 31, 41 doté d'extrémités 32, 33, 42, 43 définies au niveau d'extrémités du corps allongé, et disposés de manière qu'une extrémité du premier segment de joint rejoigne une extrémité complémentaire du deuxième segment de joint, l'extrémité du premier segment de joint comprenant un premier composant mâle 60 faisant saillie à partir d'un plan d'une première surface 61 de joint en définissant une première section femelle 62 d'accouplement autour du premier composant mâle 60, l'extrémité du deuxième segment de joint comprenant un deuxième composant mâle 70 faisant saillie à partir d'un plan d'une deuxième surface 71 de joint en définissant une deuxième section femelle 72 d'accouplement autour du deuxième composant mâle 70, les premier et deuxième composants mâles 60, 70 pouvant loger dans les deuxième et première sections femelles d'accouplement, respectivement, pour former de premier et deux recouvrements 80, 90 de composant mâle dans au moins deux dimensions.

Description

B11-4788FR 1
Dispositif d'étanchéité La présente invention concerne un dispositif d'étanchéité permettant de restreindre un écoulement de fuite, notamment dans une turbine à vapeur. Dans un moteur de turbine, tel qu'un moteur de turbine à vapeur, des fluides à énergie élevée, tels que de la vapeur, sont dirigés à travers une section de turbine où ils interagissent de manière aérodynamique avec les aubes de la turbine en entraînant sa rotation grâce à laquelle on peut produire de l'énergie et/ou de l'électricité. Comme la rotation des aubes de la turbine est provoquée par l'interaction de fluides à haute énergie avec les aubes de la turbine, toute fuite de fluide représente un coût en termes de rendement dans la production d'énergie et/ou d'électricité. Dans certains cas, la fuite de fluides de haute énergie a lieu par des trajets d'écoulement de fuite définis entre des composants fixes du moteur à turbine. Des joints sans jeu sont donc habituellement installés sur ces trajets, afin d'empêcher ou du moins de limiter fortement toute fuite de fluide à haute énergie. Les joints sans jeu sont conçus pour que le jeu soit nul ou quasi-nul entre eux et les pièces fixes. En pratique toutefois, même les joints sans jeu peuvent permettre la fuite de fluides à haute énergie du fait d'erreurs associées aux tolérances d'usinage ou de la dilatation des joints. Quand des joints sans jeu permettent une fuite de fluides à énergie élevée, la fuite peut être dirigée soit dans une direction axiale (c.-à-d. le long d'une longueur longitudinale de la turbine), soit dans une direction radiale (c.-à-d. en rayonnant vers l'extérieur de la turbine), soit à la fois dans les directions axiale et radiale. Selon un aspect de l'invention, il est proposé un dispositif d'étanchéité comprenant au moins un premier segment et un deuxième segment de joint adjacents, chacun comprenant un corps allongé dont les extrémités sont définies à des extrémités allongées opposées du corps, et disposés de sorte qu'une extrémité du premier segment de joint rejoigne une extrémité complémentaire du deuxième segment de joint, l'extrémité du premier segment de joint comprenant un premier composant mâle en saillie par rapport à un plan d'une première surface de joint, ce qui définit une première section femelle d'accouplement autour du premier composant mâle, l'extrémité du deuxième segment de joint comprenant un deuxième composant mâle en saillie par rapport à un plan d'une deuxième surface de joint, ce qui définit une deuxième section femelle d'accouplement autour du deuxième composant mâle, les premier et deuxième composants mâle pouvant être logés dans les deuxième et première sections d'accouplement femelle respectivement, pour former des premier et deuxième recouvrements de composant mâle dans au moins deux dimensions. Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un dispositif d'étanchéité comprenant au moins quatre segments de joint, chacun contenant un corps allongé dont les extrémités sont définies au niveau d'extrémités opposées du corps allongé, et disposés selon une configuration bout à bout pour former un joint annulaire, une extrémité de chaque segment de joint rejoignant une extrémité complémentaire d'un segment de joint adjacent, les extrémités opposées de chaque segment de joint comprenant un premier composant et un deuxième composant mâles faisant saillie à partir de plans d'une première surface d'étanchéité et d'une deuxième surface d'étanchéité, respectivement, en définissant une première section et une deuxième section femelles d'accouplement autour du premier composant et du deuxième composant mâles, respectivement, les premier et deuxième composants mâles des segments de joint adjacents pouvant être logés dans les deuxième et première sections femelles d'accouplement, respectivement, des segments adjacents de joint, en formant des premier et deuxième recouvrements de composant mâle dans au moins des dimensions axiales et radiales définies par rapport aux dimensions axiales et radiales du joint annulaire. Selon encore un autre aspect de l'invention, il est proposé un moteur de turbine qui comprend des composants fixes conçus pour définir entre eux un trajet d'écoulement de fuite et un joint annulaire disposé entre les composants fixes pour limiter toute fuite le long du trajet d'écoulement de fuite dans les directions axiales et radiales, le joint annulaire comprenant au moins des premier et deuxième segments de joint adjacents, dont chacun comprend un corps allongé dont les extrémités sont définies à des extrémités opposées du corps allongé, et disposés de manière qu'une extrémité du premier segment de joint rejoigne une extrémité complémentaire du deuxième segment de joint, l'extrémité du premier segment de joint comprenant un premier composant mâle faisant saillie à partir d'un plan d'une première surface de joint en définissant une première section femelle d'accouplement autour du premier composant mâle, l'extrémité du deuxième segment de joint comprenant un deuxième composant mâle faisant saillie à partir d'un plan d'une deuxième surface de joint en définissant une deuxième section femelle d'accouplement autour du deuxième composant mâle, les premier et deuxième composants mâle pouvant être logés dans les première et deuxième sections femelles d'accouplement, respectivement, en formant des premier et deuxième recouvrements de composant mâle au moins dans les directions axiales et radiales. L'invention sera mieux comprise à partir de la description détaillée suivante d'un exemple non limitatif de l'invention, prise conjointement avec les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue de côté d'un joint disposé entre des pièces fixes dans un moteur de turbine ; - la figure 2 est une vue axiale du joint de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue axiale agrandie du joint de la figure 1 ; - la figure 4 est une vue radiale agrandie du joint de la figure 1 ; - les figures 5 et 6 sont des vues en perspective d'une extrémité d'un segment de joint conforme à l'invention ; et - les figures 7 et 8 sont une vue en perspective d'une extrémité d'un autre segment de joint qui vient en complément de l'extrémité représentée aux figures 5 et 6 conformes à l'invention. Si l'on se réfère aux figures 1 à 4, on voit qu'on y présente un moteur 10 de turbine, tel qu'un moteur à turbine à vapeur ou un moteur à turbine à gaz. Le moteur 10 à turbine comprend un premier composant fixe 11, tel qu'une tête de garniture, et un deuxième composant fixe 12, tel qu'un diaphragme. Les premier et deuxième composants fixes 11 et 12 sont disposés l'un par rapport à l'autre pour former un trajet 13 d'écoulement de fuite. Des fluides à haute énergie, tels que la vapeur dans le cas d'un moteur à turbine à vapeur, s'échappent d'un trajet principal d'écoulement et le long du trajet 13 d'écoulement de fuite. Le moteur 10 à turbine comprend en outre un dispositif d'étanchéité 20 servant à limiter l'écoulement des fluides de haute énergie le long du trajet 13 d'écoulement de fuite dans au moins deux dimensions. Le dispositif d'étanchéité 20 comprend au moins un premier segment 30 et un deuxième segment 40 de joint, adjacents. Chacun des premier et deuxième segments de joint 30 et 40 comprend un corps allongé 31 et 41 à extrémités opposées 32, 33 et 42, 43, respectivement, définies au niveau d'extrémités opposées du corps allongé. Les premier et deuxième segments de joint 30 et 40 sont disposés l'un par rapport à l'autre de sorte qu'une extrémité (c.-à-d. l'extrémité 33 du premier segment de joint 30) rejoigne une extrémité complémentaire (c.-à-d. l'extrémité 42 du deuxième segment de joint 40). Conformément à l'invention, le dispositif d'étanchéité 20 peut être formé d'au moins quatre segments de joint de forme et de taille similaires ou différentes, dont chacun est disposé selon une configuration bout à bout pour former un joint 50 de forme annulaire ou d'une autre forme, telle qu'une forme linéaire, angulaire ou ovoïde. Si l'on se réfère aux figures 5 à 8, on voit que l'extrémité 33 du premier segment 30 de joint comprend un premier composant mâle 60. Le premier composant mâle 60 fait saillie à partir d'un plan d'une première surface 61 de joint dans une direction pratiquement normale par rapport à la première surface 61 de joint en définissant une première section femelle 62 d'accouplement autour du premier composant mâle 60. De même, l'extrémité 42 du deuxième segment 40 de joint comprend un deuxième composant mâle 70 faisant saillie à partir d'un plan d'une deuxième surface 71 de joint dans une direction pratiquement normale par rapport à la deuxième surface 71 de joint, en définissant une deuxième section femelle 72 d'accouplement autour du deuxième composant mâle 70.
Comme le montrent les figures 3 et 4, le premier composant mâle 60 peut se loger dans la deuxième section femelle 72 d'accouplement, et le deuxième composant mâle 70 peut se loger dans la première section femelle 62 d'accouplement. Ainsi, des formations de recouvrement sont formées par le premier composant mâle 60 et le deuxième composant mâle 70 dans au moins deux dimensions définies par rapport à des dimensions similaires du joint annulaire formé. La première formation 80 de recouvrement est par exemple formée du premier composant mâle 60 et du deuxième composant mâle 70 dans les dimensions circonférentielle et radiale, comme le montre la figure 3, et la deuxième formation 90 de recouvrement (cf. figure 4) est formée du premier composant mâle 60 et du deuxième composant mâle 70 dans les dimensions circonférentielle et axiale, comme le montre la figure 4. On comprendra que les dimensions des formations de recouvrement peuvent être définies par rapport à divers cadres de référence, conformément à une forme d'un dispositif d'étanchéité 20. Les premier et deuxième segments de joint 30 et 40 du dispositif d'étanchéité 20, qui peut d'ailleurs en comporter plus de deux, peuvent être formés de matériaux métalliques et/ou d'alliage métallique. Les segments de joint 30 et 40 sont donc à même de répondre thermiquement à des augmentations et à des diminutions des températures ambiantes. Cela veut dire que lors de l'utilisation du dispositif d'étanchéité 20, qui forme un joint 50 de forme annulaire dans une turbine, le joint 50 de forme annulaire est chauffé et les premier et deuxième segments de joint 30 et 40 se dilatent. Dans ce cas, les formations 80 et 90 de recouvrement sont conçues pour présenter des longueurs L1, Lz et L3 suffisantes en termes de circonférence, de rayon et d'axe pour rester dans un état de recouvrement.
Selon les modes de réalisation, une coupe transversale de chacun des premier et deuxième segments 30 et 40 de joint peut comprendre un moyeu 100, dont une surface doit être disposée en contact avec un des composants fixes 11 ou 12, des brides 101 s'étendant à partir du moyeu 100 et des dents 102 de joint. Les dents 102 de joint sont configurées pour être disposées en contact avec l'autre des composants fixes 11 ou 12. Les brides 101 et les dents 102 de joint s'écartent du moyeu 100 dans des directions transversales.
Comme le montrent les figures 5 à 8, les premier et deuxième composants mâles 60 et 70 peuvent chacun comprendre au moins une pièce 110 et 120 à trois pointes, selon des configurations inversées de manière complémentaire. Dans l'exemple illustré, la pièce 110 à trois pointes du premier composant mâle 60 peut comprendre une première pointe centrale 111 et des premières pointes latérales 112. Les premières pointes latérales 112 sont séparées les unes des autres d'une largeur W1 inférieure à une largeur Wz de la première pointe centrale 111. Les premières pointes latérales 112 sont en outre disposées en contact étanche avec une surface 113 de la première pointe centrale 111. De manière complémentaire, la pièce 120 à trois pointes du deuxième composant mâle 70 peut comprendre une deuxième pointe centrale 121 et des deuxièmes pointes latérales 122. La deuxième pointe centrale 121 peut loger entre les premières pointes latérales 112 et donc être disposée en vue d'un contact étanche avec au moins la surface 113 de la première pointe centrale 111 et des premières pointes latérales 112. Les deuxièmes pointes latérales 122 sont séparées les unes des autres d'une largeur W3 qui est plus grande qu'une largeur W4 de la deuxième pointe centrale 121. Les deuxièmes pointes latérales 122 définissent ainsi un espace dans lequel la première pointe centrale 111 peut se loger en étant disposée de manière à produire un contact étanche avec les surfaces respectives 123 des deuxièmes pointes latérales 122. De plus, les deuxièmes pointes latérales 122 peuvent se loger au-dessus des premières pointes latérales 112 et vers les côtés de la première pointe centrale 111 de façon à être disposées en contact avec au moins les surfaces respectives 124 des premières pointes latérales 112. L'invention a été décrite sur la base d'un exemple de réalisation comportant deux segments du joint 30, 40. On comprendra que le joint puisse comporter un nombre plus important de segments de joint sans pour cela sortir du cadre de l'invention.
Composant Numéro de référence Moteur à turbine 10 Premier et deuxième composants fixes 11, 12 Trajet d'écoulement de fuite 13 Dispositif d'étanchéité 20 Segments de joint 30, 40 Corps allongé 31, 41 Extrémités opposées 32, 33, 42, 43 Joint à forme annulaire 50 Premier composant mâle 60 Première surface de joint 61 Première section femelle d'accouplement 62 Deuxième composant mâle 70 Deuxième surface de joint 71 Deuxième section femelle d'accouplement 72 Première et deuxième formations de 80, 90 recouvrement Moyeu 100 Brides 101 Dents de joint 102 Pièce à trois pointes 110, 120 Première pointe centrale 111 Premières pointes latérales 112 Surface 113 Deuxième pointe centrale 121 Deuxièmes pointes latérales 122 Surfaces 123, 124

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Dispositif d'étanchéité, comprenant : au moins un premier segment et un deuxième segment de joint adjacents (30, 40), chacun comprenant un corps allongé (31, 41) doté d'extrémités (32, 33, 42, 43) définies au niveau d'extrémités allongées du corps, et disposés de manière qu'une extrémité du premier segment de joint rejoigne une extrémité complémentaire du deuxième segment de joint, l'extrémité du premier segment de joint comprenant un premier composant mâle (60) faisant saillie à partir d'un plan d'une première surface (61) de joint en définissant une première section femelle (62) d'accouplement autour du premier composant mâle (60), l'extrémité du deuxième segment de joint comprenant un deuxième composant mâle (70) faisant saillie à partir d'un plan d'une deuxième surface (71) de joint en définissant une deuxième section femelle (72) d'accouplement autour du deuxième composant mâle (70), les premier et deuxième composants mâles (60, 70) pouvant être logés dans la deuxième section et dans la première section femelles d'accouplement, respectivement, en formant un premier recouvrement et un deuxième recouvrement mâles (80, 90) de composant dans au moins deux dimensions.
  2. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les premier et deuxième segments de joint, voire plus, sont disposés pour former un joint annulaire (50) pouvant être disposé entre des composants fixes d'une turbine.
  3. 3. Dispositif selon la revendication 2 adapté à une turbine à. vapeur et où le joint annulaire (50) limite l'écoulement de fuite de vapeur.
  4. 4. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel les composants fixes de la turbine sont deux composants quelconques disposés l'un par rapport à l'autre de manière à former un trajet (13) d'écoulement de fuite.
  5. 5. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel les segments de joint sont au nombre de quatre.
  6. 6. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les segments de joint sont formés de matériaux métalliques ou en alliage métallique.
  7. 7. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les premier et deuxième recouvrements (80, 90) de composant mâle ont chacun une longueur suffisante pour rester en position de recouvrement même après dilatation.
  8. 8. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel une coupe transversale de chacun des premier et deuxième segments (30, 40) de joint comprend un moyeu (100), des brides (101) s'étendant à partir du moyeu dans une des deux dimensions, et où des dents (102) de joint s'étendent à partir du moyeu dans l'autre dimension.
  9. 9. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les premier et deuxième composants mâles (60, 70) comprennent chacun une pièce (110, 120) à trois pointes selon des configurations inversées de façon complémentaire.
  10. 10. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel la pièce (110, 120) à trois pointes du premier ou du deuxième composant mâles (60, 70) comprend un joint.REVENDICATIONS 1. Dispositif d'étanchéité, comprenant : au moins un premier segment et un deuxième segment de joint adjacents (30, 40), chacun comprenant un corps allongé (31, 41) doté d'extrémités (32, 33, 42, 43) définies au niveau d'extrémités allongées du corps, et disposés de manière qu'une extrémité du premier segment de joint rejoigne une extrémité complémentaire du deuxième segment de joint, l'extrémité du premier segment de joint comprenant un premier composant mâle (60) faisant saillie à partir d'un plan d'une première surface (61) de joint en définissant une première section femelle (62) d'accouplement autour du premier composant mâle (60), l'extrémité du deuxième segment de joint comprenant un deuxième composant mâle (70) faisant saillie à partir d'un plan d'une deuxième surface (71) de joint en définissant une deuxième section femelle (72) d'accouplement autour du deuxième composant mâle (70), les premier et deuxième composants mâles (60, 70) pouvant être logés dans la deuxième section et dans la première section femelles d'accouplement, respectivement, en formant un premier recouvrement et un deuxième recouvrement mâles (80, 90) de composant dans au moins deux dimensions. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les premier et deuxième segments de joint, voire plus, sont disposés pour former un joint annulaire (50) pouvant être disposé entre des composants fixes d'une turbine. 3. Dispositif selon la revendication 2 adapté à une turbine à. vapeur et où le joint annulaire (50) limite l'écoulement de fuite de vapeur. 4. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel les composants fixes de la turbine sont deux composants quelconques disposés l'un par rapport à l'autre de manière à former un trajet (13) d'écoulement de fuite. 5. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel les segments de joint sont au nombre de quatre. 6. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les segments de joint sont formés de matériaux métalliques ou en alliage métallique. 7. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les premier et deuxième recouvrements (80, 90) de composant mâle ont chacun une longueur suffisante pour rester en position de recouvrement même après dilatation. 8. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel une coupe transversale de chacun des premier et deuxième segments (30, 40) de joint comprend un moyeu (100), des brides (101) s'étendant à partir du moyeu dans une des deux dimensions, et où des dents (102) de joint s'étendent à partir du moyeu dans l'autre dimension. 9. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les premier et deuxième composants mâles (60, 70) comprennent chacun une pièce (110, 120) à trois pointes selon des configurations inversées de façon complémentaire. 10. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel la pièce (110, 120) à trois pointes du premier ou du deuxième composant mâles (60, 70) comprend un joint.
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