FR2982314A1 - Dispositif d'etancheite dynamique a labyrinthe - Google Patents

Dispositif d'etancheite dynamique a labyrinthe Download PDF

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Abstract

L'invention propose un système d'étanchéité dynamique (12) à labyrinthe entre une paroi (24) interne de révolution d'un stator et un rotor, le système d'étanchéité dynamique (12) comportant un élément de révolution (20) monté sur la paroi (24) interne du stator et des lèvres (30) qui sont solidaires du rotor, caractérisé en ce que l'élément de révolution (20) est monté sur le stator par l'intermédiaire d'un élément de liaison (32) dont au moins une partie (40) est déformable élastiquement selon au moins la direction radiale.

Description

DISPOSITIF D'ETANCHEITE DYNAMIQUE A LABYRINTHE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne un dispositif d'étanchéité dynamique à labyrinthe pour une turbomachine qui est apte à tenir compte des différentes variations dimensionnelles du stator ou du rotor. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Une turbomachine, telle qu'un turboréacteur d'aéronef, comporte de nombreux dispositifs d'étanchéité dynamique entre des enceintes contenant de l'air et/ou de l'huile. Notamment, une turbomachine comporte un dispositif d'étanchéité dynamique à labyrinthe agencé en amont de la turbine haute pression et est placé sur le passage d'un flux d'air froid au niveau de la chambre de combustion. Ce dispositif d'étanchéité est réalisé principalement en deux parties et comporte une pièce de friction annulaire, communément appelée "abradable", qui est fixée au stator, et des lèvres orientées principalement radialement, qui sont solidaires du rotor et dont l'extrémité libre de chaque lèvre est apte à se déplacer à proximité d'une face associée de l'abradable. Lors du fonctionnement de la turbomachine, le flux d'air froid circulant dans la chambre de combustion provoque un rétrécissement du stator, tandis que le rotor, plus chaud, se dilate. Par conséquent, l'abradable et les lèvres se rapprochent radialement, jusqu'à risquer de venir en 5 contact mutuellement, risquant alors la détérioration des lèvres et/ou de l'abradable. Pour éviter cette détérioration, il a été prévu un jeu de fonctionnement relativement important entre l'abradable et les extrémités des lèvres pour 10 compenser ces variations dimensionnelles. Ce jeu de fonctionnement réduit fortement l'efficacité du dispositif d'étanchéité, et donc il limite le rendement global de la turbomachine. L'invention a pour but de proposer un 15 dispositif d'étanchéité à labyrinthe qui est réalisé de manière à limiter les contacts entre les lèvres et l'abradable. EXPOSÉ DE L'INVENTION 20 L'invention propose un système d'étanchéité dynamique à labyrinthe entre une paroi interne de révolution d'un stator de turbomachine d'axe principal A et un rotor mobile en rotation dans le stator autour de l'axe principal A du stator, 25 le système d'étanchéité comportant un élément de révolution monté sur la paroi interne du stator et des lèvres de révolution d'orientation principale radiale qui sont solidaires du rotor en rotation autour de l'axe principal A du stator, dont 30 l'extrémité radiale externe libre de chaque lèvre se déplace à proximité d'une face en vis-à-vis de l'élément de révolution, caractérisé en ce que l'élément de révolution est monté sur le stator par l'intermédiaire d'un élément de liaison dont au moins une partie est déformable élastiquement selon au moins la direction radiale, pour permettre une déformation radiale de l'élément de liaison par rapport à la paroi interne du stator.
La déformation élastique de l'élément de liaison permet à l'abradable de se déformer radialement de manière indépendante de la déformation radiale du stator. Ainsi, si le stator rétrécit radialement, il n'entraîne pas l'abradable dans cette même variation dimensionnelle, réduisant alors les contacts entre l'abradable et les lèvres. De préférence, l'élément de liaison consiste en un élément de révolution comportant une première portion radialement externe qui est fixée à la paroi interne du stator, une deuxième portion radialement interne qui est fixée à l'élément de révolution et une portion intermédiaire qui est apte à se déformer élastiquement.
De préférence, l'élément de liaison est réalisé venu de matière avec le stator. De préférence, la portion intermédiaire de l'élément de liaison est de forme tronconique et est coaxiale à l'axe principal A du stator.
De préférence, la section selon un plan axial de la portion intermédiaire est globalement convexe et est ouverte axialement. De préférence, le système d'étanchéité 5 comporte des moyens de butée radiale de l'élément de révolution contre la paroi interne du stator. De préférence, les moyens de butée consistent en une paroi radiale rapportée sur la paroi interne du stator contre le bord interne de laquelle 10 l'élément de révolution est apte à venir en butée. De préférence, les moyens de butée consistent en une paroi radiale rapportée sur l'élément de révolution qui est apte à venir en butée contre la paroi interne du stator. 15 De préférence, la paroi radiale est fixée par soudage. L'invention propose aussi une turbomachine d'aéronef caractérisé en ce qu'elle comporte un système d'étanchéité tel que défini précédemment. 20 BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on 25 se reportera aux figures annexées parmi lesquelles : - la figure 1 est une représentation schématique en section axiale d'une turbomachine comportant un dispositif d'étanchéité selon l'invention ; - les figures 2A à 21 sont des détails à plus grande échelle de différents modes de réalisation du dispositif d"étanchéité selon l'invention.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Dans la description qui va suivre, des éléments identiques, similaires ou analogues seront désignés par les mêmes chiffres de référence. On a représenté à la figure 1 une 10 turbomachine 10 d'axe principal A, qui est traversée par des flux d'air à des pressions et des températures différentes. La turbomachine comporte des dispositifs d'étanchéité entre les différentes enceintes pour 15 empêcher le mélange des flux d'air et de liquide. Un dispositif d'étanchéité 12 consiste en un dispositif d'étanchéité dynamique à labyrinthe qui est placé au niveau d'un passage 14 d'un flux d'air froid. 20 Le dispositif d'étanchéité 12 réalise l'étanchéité entre le stator 16 de la turbomachine 10 et une partie 18 du rotor. Le dispositif d'étanchéité 12 est principalement composé de deux parties qui sont mobiles 25 l'une par rapport à l'autre, dont une partie fixe 20 qui est montée sur le stator 16 et l'autre partie mobile 22 est montée sur le rotor 18. Comme on peut le voir aux figures 2A à 21, la partie fixe 20, qui est montée sur le stator 16, 30 consiste en une pièce de friction qui est aussi appelée "abradable" car elle est apte à s'user au contact d'une autre pièce. L'abradable 20 est un élément de révolution qui est monté sur une face interne 24 de révolution du stator 16. La section de l'abradable 20, selon un plan axial, est ici parallélépipédique, il comporte notamment deux faces cylindriques 26 coaxiales à l'axe principal A de la turbomachine, qui sont décalées axialement l'une par rapport à l'autre et qui sont de diamètres différents. L'abradable comporte aussi une face 28 de révolution s'étendant ici dans un plan radial, qui relie les deux faces cylindriques 26. La partie mobile 22 qui est montée sur le rotor 18 comporte des lèvres de révolution 30 qui sont d'orientation principale radiale et qui s'étendent radialement vers l'extérieur par rapport à l'axe principal A de la turbomachine 10. L'extrémité radiale libre 30a de chaque lèvre 30 est en outre située à proximité de l'abradable 20. Ainsi, le cheminement d'air au niveau du dispositif d'étanché 12 n'est pas rectiligne, il subit alors de nombreuses pertes de charge réduisant ainsi la quantité d'air pouvant le traverser.
Ici, de préférence, l'extrémité libre 30a de chaque lèvre 30 est associée à une face cylindrique 26 de l'abradable et elle est située axialement au niveau de la face cylindrique associée 26 et l'extrémité libre 30a de chaque lèvre 30 est située radialement à proximité de la face cylindrique 26 associée.
Lors du fonctionnement de la turbomachine 10, le rotor 18 tourne autour de l'axe principal A par rapport au stator 16. Par conséquent, les extrémités libres 30a des lèvres 30 se déplacent à proximité des faces cylindriques 26 de l'abradable 20. Aussi, la circulation d'un flux d'air froid dans le passage 14 refroidit le stator, provoquant son rétrécissement radial, il en est sensiblement de même pour l'abradable 20.
De plus, les gaz chauds provenant de la chambre de combustion réchauffent le rotor 18 qui se dilate. Les lèvres 30 se dilatent alors elles aussi de manière que leurs extrémités radiales libres 30a se déplacent radialement vers l'extérieur et se rapprochent des faces cylindriques 26 de l'abradable 20, jusqu'à venir en contact avec celles-ci. Ce contact provoque alors un échauffement de l'abradable 20 qui se dilate alors. Pour permettre la dilatation radiale de l'abradable 20 tandis que le stator 16 se contracte, le dispositif d'étanchéité comporte un élément de liaison qui est agencé entre l'abradable 20 et la paroi de révolution 24. L'élément de liaison 32 réalise le montage de l'abradable 20 sur le stator 16 et il est déformable élastiquement au moins radialement. Ainsi, par l'intermédiaire de l'élément de liaison 32, les déformations radiales de l'abradable 20 et du stator 16 sont rendues indépendantes les unes des 30 autres.
L'élément de liaison 32 consiste en un élément de révolution qui comporte une première portion de révolution 34 qui est fixée à la paroi de révolution 24 du stator 16, il une deuxième portion de révolution 36 qui est ici fixée à une face radialement externe 38 de l'abradable 20 et une portion intermédiaire 40 qui relie la première portion 34 à la deuxième portion 36. De préférence, l'abradable 20 est de diamètre inférieur au diamètre de la paroi de révolution 24 du stator 16. Par conséquent, le diamètre de la première portion 34 de l'élément de liaison 32 est supérieur au diamètre de la deuxième portion 36 de l'élément de liaison 32. Pour permettre la déformation radiale de l'abradable 20 par rapport au stator 16, l'élément de liaison 32 est déformable élastiquement. De préférence, la portion intermédiaire 40 de l'élément de liaison 32 est déformable élastiquement lorsque le stator 16 et l'abradable 20 se déforment radialement de manières différentes. Selon un premier mode de réalisation, l'élément de liaison 32 est réalisé à partir d'une tôle pliée. La première portion de révolution et la 25 deuxième portion de révolution sont fixées au stator 16 et à l'abradable 20 selon des moyens connus, par exemple par soudage. Comme on peut le voir aux figures 2A à 2D, la première portion de révolution 34 et la deuxième 30 portion de révolution 36 sont décalées axialement l'une par rapport à l'autre. La portion intermédiaire 40 est par conséquent de forme tronconique coaxiale à l'axe principal A de la turbomachine 10. Selon le mode de réalisation représenté à la figure 2E, la première portion de révolution 34 et la deuxième portion de révolution 36 sont agencées globalement à la même cote axiale par rapport à l'axe principal A de la turbomachine 10. La portion intermédiaire 40 est alors cintrée et est de forme globalement convexe ouverte axialement.
Selon un deuxième mode de réalisation représenté aux figures 2G à 21, l'élément de liaison 32 est réalisé venu de matière avec le stator 16. La première portion de révolution 34 est ainsi une partie du passage d'air 14.
La portion intermédiaire est de forme tronconique ou de forme convexe, comme on l'a décrit précédemment, et elle est réalisée de manière à pouvoir se déformer radialement. Selon un autre aspect de l'invention, 20 l'élément de liaison 32 comporte des moyens de butée radiale de l'abradable 20 par rapport au stator. Selon le mode de réalisation représenté aux figures 2B, 2C, 2D, 2F, 2G, et 21 les moyens de butée consistent en au moins une paroi 42 s'étendant dans un 25 plan radial qui est agencée entre le stator 16 et l'abradable 20. Selon le mode de réalisation représenté aux figures 2B, 2D, 2F, et 2G, la paroi radiale 42 est montée sur le stator 16, elle s'étend radialement vers 30 l'intérieur depuis la paroi de révolution 24 du stator et elle comporte un bord d'extrémité radiale interne contre lequel l'abradable 20 est apte à venir en butée radiale. Selon les modes de réalisation représentés aux figures 2B, 2D et 2F, la paroi radiale 42 est 5 réalisée venue de matière avec la paroi de révolution 24 du stator 16. Selon le mode de réalisation représenté à la figure 2G, la paroi radiale 42 consiste en une pièce rapportée sur la paroi de révolution 24 du stator 16, 10 qui est fixée par exemple par soudage. Selon le mode de réalisation représenté aux figures 2C et 21, la paroi radiale 42 est montée sur l'abradable 20, elle s'étend radialement vers l'extérieur depuis la deuxième portion de révolution 36 15 de l'élément de liaison 32 et elle comporte un bord d'extrémité radiale externe qui est apte à venir en butée radialement contre le stator 16. Selon le mode de réalisation représenté à la figure 2C, la paroi radiale 42 est réalisée venue de 20 matière avec la deuxième portion de révolution 36 de l'élément de liaison 32. Selon le mode de réalisation représenté à la figure 21, la paroi radiale 42 consiste en une pièce rapportée sur la deuxième portion de révolution 36 de 25 l'élément de liaison 32, qui est fixée par exemple par soudage.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Système d'étanchéité dynamique (12) à labyrinthe entre une paroi (24) interne de révolution d'un stator (16) de turbomachine (10) d'axe principal A et un rotor (18) mobile en rotation dans le stator (16) autour de l'axe principal A du stator (16), le système d'étanchéité dynamique (12) comportant un élément de révolution (20) monté sur la paroi (24) interne du stator (16) et des lèvres (30) de révolution d'orientation principale radiale qui sont solidaires du rotor (18) en rotation autour de l'axe principal A du stator (16), dont l'extrémité radiale externe libre de chaque lèvre (30) se déplace à proximité d'une face en vis-à-vis de l'élément de révolution (20), caractérisé en ce que l'élément de révolution (20) est monté sur le stator (16) par l'intermédiaire d'un élément de liaison (32) dont au moins une partie (40) est déformable élastiquement selon au moins la direction radiale, pour permettre une déformation radiale de l'élément de liaison (32) par rapport à la paroi (24) interne du stator (16).
  2. 2. Système d'étanchéité dynamique (12) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'élément de liaison (32) consiste en un élément de révolution (20) comportant une première portion (34) radialement externe qui est fixée à la paroi (24) interne du stator (16), une deuxième portion (36) radialement interne qui est fixée à l'élément derévolution (20) et une portion intermédiaire (40) qui est apte à se déformer élastiquement.
  3. 3. Système d'étanchéité dynamique (12) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément de liaison (32) est réalisé venu de matière avec le stator (16).
  4. 4. Système d'étanchéité dynamique (12) selon la revendication 2, caractérisé en ce que la portion intermédiaire (40) de l'élément de liaison (32) est de forme tronconique et est coaxiale à l'axe principal A du stator (16).
  5. 5. Système d'étanchéité dynamique (12) selon la revendication 2, caractérisé en ce que la section selon un plan axial de la portion intermédiaire (40) est globalement convexe et est ouverte axialement.
  6. 6. Système d'étanchéité dynamique (12) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (42) de butée radiale de l'élément de révolution (20) contre la paroi (24) interne du stator (16).
  7. 7. Système d'étanchéité dynamique (12) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens de butée consistent en une paroi radiale (42) rapportée sur la paroi (24) interne du stator (16) contre le bord interne de laquelle l'élément de révolution (20) est apte à venir en butée.
  8. 8. Système d'étanchéité dynamique (12) selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de butée consistent en une paroi radiale (42) rapportée sur l'élément de révolution (20) qui est apte à venir en butée contre la paroi (24) interne du stator (16).
  9. 9. Système d'étanchéité dynamique (12) selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que la paroi radiale (42) est fixée par soudage.
  10. 10. Turbomachine (10) d'aéronef caractérisé en ce qu'elle comporte un système d'étanchéité 15 dynamique (12) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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