FR2974842A1

FR2974842A1 - Joint d'etancheite dans une turbomachine, comprenant des lechettes mobiles devant de l'abradable

Info

Publication number: FR2974842A1
Application number: FR1153873A
Authority: FR
Inventors: Antoine Robert Alain Brunet
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2011-05-05
Filing date: 2011-05-05
Publication date: 2012-11-09
Anticipated expiration: 2031-05-05
Also published as: FR2974842B1

Abstract

Dans une section d'étanchéité comprenant une couche d'abradable (1) et des léchettes (6) adjacentes, un écoulement d'air permanent est créé en échancrant les léchettes (6) ou en creusant des rainures axiales dans l'abradable (1) afin de faciliter la ventilation. L'abradable est avantageusement massif.

Description

1 JOINT D'ETANCHEITE DANS UNE TURBOMACHINE, COMPRENANT DES LECHETTES MOBILES DEVANT DE L'ABRADABLE

DESCRIPTION 5 DOMAINE TECHNIQUE Le sujet de l'invention présente est un joint d'étanchéité dans une turbomachine, du genre comprenant au moins une léchette mobile devant une garniture de matière abradable. 10 De tels joints d'étanchéité se rencontrent fréquemment entre le rotor et le stator des turbomachines et forment des joints à labyrinthe. Ils répondent à la nécessité d'avoir des jeux aussi réduits que possible entre le rotor et le stator de la machine 15 pour obtenir un bon rendement. Les léchettes sont des couteaux circulaires dont les crêtes sont adjacentes à l'abradable et gênent donc considérablement la circulation de l'air à travers la section d'étanchéité. La température est augmentée fortement et 20 localement dans une partie de la machine pendant certaines phases de fonctionnement. Il arrive alors que les dilatations des léchettes les fassent pénétrer dans la garniture d'abradable beaucoup plus tendre et y creusent des gorges. Quoique cette situation soit 25 acceptable en soi, seule une légère usure du joint d'étanchéité étant produite, et qu'elle dure généralement quelques secondes seulement, le dégagement de chaleur peut être assez important pour endommager le labyrinthe ou les pièces environnantes. Et même en 30 l'absence d'un tel contact entre les parties solides du joint, un dégagement important de chaleur peut encore 2 être produit par le frottement visqueux de la couche d'air intermédiaire. Une solution pour échapper aux conséquences de ces échauffements consiste à choisir les pièces environnantes en un matériau résistant aux élévations de températures produites, mais il est évident que ce matériau sera en général plus coûteux, et pourra d'ailleurs présenter d'autres inconvénients. Une autre solution connue consiste à favoriser la dissipation de chaleur, ce qui est le cas notamment si l'abradable est en structure alvéolée, en nid d'abeille par exemple, puisque la chaleur produite peut s'éloigner rapidement du lieu de frottement dans les alvéoles. De telles structures ont cependant les inconvénients de devoir être construites en matériau métallique, dont la résistance à l'usure produira un frottement important, et que les alvéoles sont responsables de pertes aérodynamiques pendant le fonctionnement habituel, qui dégrade le rendement de la machine et provoque encore des frottements visqueux : le bénéfice de l'évacuation de la chaleur est donc amoindri par ces échauffements supplémentaires inévitables. L'invention repose sur une amélioration de tels joints d'étanchéité, d'après laquelle une ventilation est assurée en toute circonstance sans que l'abradable doive être alvéolé. Il est au contraire avantageusement massif, à surface lisse, afin de moins perturber l'écoulement de l'air pendant le fonctionnement ordinaire de la machine.

Dans un mode important de réalisation de l'invention, la léchette comprend une échancrure à un 3 secteur angulaire, et cette échancrure est avantageusement plus profonde qu'une pénétration envisagée de la léchette dans l'abradable. Un écoulement subsiste ainsi en toute circonstance à travers la léchette, et il produit une ventilation du lieu d'interaction et de frottement possible entre la léchette et l'abradable. La ventilation peut aussi être assurée par une ou plusieurs rainures creusées dans l'abradable, la rainure croisant la léchette et ayant une profondeur suffisante pour laisser toujours subsister une section libre pour l'écoulement de l'air. La rainure peut traverser complètement la garniture d'abradable ; elle peut aussi être composée de segments décalés angulairement, pour forcer une composante tangentielle d'écoulement du gaz entre deux léchettes et une amélioration de la ventilation ; cette conception est avantageusement cumulée à la précédente. L'invention sera maintenant décrite en détail en liaison aux figures, dont : - les figures 1 et 2 illustrent un joint à labyrinthe en coupe longitudinale et en coupe diamétrale ; - la figure 3 illustre un aménagement caractéristique de l'invention ; - et les figures 4 et 5 illustrent deux formes d'un autre aménagement caractéristique de l'invention. Quoique d'autres dispositions du joint d'étanchéité soient possibles, on rencontre fréquemment celle de la figure 1 où une couronne de matière 4 abradable 1 est située à l'intérieur d'une virole 2 reliant des bouts d'aubes fixes 3 disposées en un étage circulaire et fixées à un stator 4 d'une turbomachine. Un rotor 5, lui aussi partiellement représenté, comprend des léchettes 6 circulaires, ici au nombre de trois, adjacentes à l'abradable 1 qui les enveloppe. Les léchettes 6 s'effilent vers l'abradable 1, auquel elles sont adjacentes en service normal avec très peu de jeu, et les restrictions à l'écoulement d'air apportées par chacune des léchettes 6 créent une circulation à labyrinthe. Les figures 2 et 3 montrent qu'au lieu d'avoir une forme parfaitement circulaire, les léchettes 6 possédent des échancrures 7 à leur portion de crête, qui équivalent à des jeux localement plus importants entre elles et l'abradable, par lesquels la ventilation du dispositif à labyrinthe est permanente par un écoulement d'air vers l'aval de la turbomachine. Le mouvement du rotor 5 déplace sans cesse les échancrures 7 et répartit donc la ventilation sur le pourtour de la couronne d'abradable 1. Une seule échancrure 7 peut être prévue par léchette 6, comme on le représente ici, ou plusieurs d'entre elles peuvent être opérées. Toutes les léchettes 6 doivent être pourvues des échancrures 7 pour que la ventilation permanente subsiste, mais les échancrures 7 peuvent être en prolongement les unes des autres ou à des emplacements angulaires différents, une composante tangentielle d'écoulement étant alors produite.

L'abradable 1 est avantageusement en une matière massive de manière que sa surface soit lisse.

Des dilatations thermiques plus importantes du rotor 5 peuvent, comme dans les dispositifs connus, faire entrer des crêtes des léchettes 6 dans l'abradable 1 en y creusant des gorges. Les échancrures 7 sont 5 avantageusement assez profondes pour que même alors une partie de leur superficie s'étende toujours hors de l'abradable 1 et qu'un écoulement d'air dépourvu de composante radiale, et donc plus facile, subsiste. La superficie totale des échancrures 7 hors des gorges creusées dans l'abradable 1 détermine le débit de ventilation. Une autre forme de réalisation de l'invention est décrit au moyen des figures 4 et 5. L'abradable 1 est ici creusé de rainures 8 (figure 4) ou 9 et 10 (figure 5) dont les premières traversent complètement l'abradable 1 de l'amont à l'aval dans toute sa largeur, alors que les secondes s'étendent sur des segments complémentaires non traversants de l'abradable 1, mais dont la superposition s'étend néanmoins encore sur toute sa largeur. Les rainures 8, 9 et 10 autorisent une ventilation de l'abradable 1 par un écoulement d'air à travers lui. Cet écoulement est linéaire le long de la rainure 8 pour la figure 4, ou comporte une portion de direction transversale, entre les rainures 9 et 10, pour la figure 5. Dans tous les cas, il passe devant les léchettes 6, et les rainures 8, 9 ou 10 sont avantageusement assez profondes pour qu'ici aussi un écoulement subsiste même quand les léchettes 6 ont pénétré dans l'abradable 1.

6 Le dispositif aux léchettes échancrées égalise la ventilation de l'abradable 1 puisque l'échancrure passe devant toute sa circonférence, alors que le dispositif à l'abradable 1 rainuré égalise la ventilation sur la circonférence des léchettes 6. Une uniformisation pour les deux pièces peut être obtenue par une combinaison des dispositifs, ou du moins elle peut être améliorée en multipliant les échancrures et les rainures, ou en fournissant les écoulements tangentiels comme dans le cas de la figure 5.

Claims

REVENDICATIONS1. Joint d'étanchéité entre un rotor et un stator d'une turbomachine, comprenant une couronne de matière abradable (1) et au moins une léchette (6) circulaire ayant une crête adjacente à l'abradable, l'un de la léchette et de l'abradable étant fixé au rotor et l'autre au stator, caractérisé en ce que la léchette comprend une échancrure (7) à un secteur angulaire.
2. Joint d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'échancrure est plus profonde qu'une pénétration envisagée de la léchette dans l'abradable.
3. Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'abradable est massif.
4. Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moins une rainure est creusée dans l'abradable, la rainure croisant la léchette.
5. Joint d'étanchéité selon la revendication 4, caractérisé en ce que la rainure traverse la couronne d'abradable. 30
6. Joint d'étanchéité selon la revendication 4, caractérisé en ce que la rainure est 258 composée de segments s'étendant sur des portions complémentaires de largeur de l'abradable.