FR3041734A1 - Joint d'etancheite pour turbomachine - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un joint d'étanchéité (41) comportant une première face et une seconde face ledit joint d'étanchéité étant caractérisé en ce qu'il présente: • une première épaisseur (E1) disposée au niveau d'au moins deux premières zones (Z1), chaque première zone (Z1) comportant un orifice (42) débouchant à une première extrémité au niveau de la première face et à une seconde extrémité au niveau de la seconde face, • une seconde épaisseur (E2) disposée au niveau d'au moins une seconde zone (Z2) située entre les deux premières zones (Z1), la seconde épaisseur (E2) étant supérieure à la première épaisseur (E1).

Description

JOINT D’ETANCHEITE POUR TURBOMACHINE DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION

La présente invention se rapporte au domaine général des turbomachines. L’invention concerne plus particulièrement un joint d’étanchéité permettant de garantir l’étanchéité entre un couvercle d’arrivée d’huile et une pièce de support de palier d’une turbomachine.

ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION

Une turbomachine comprend classiquement une turbine à gaz composée d'une pluralité d'étages d'aubes fixes constituant un stator, et d'une pluralité d'étages d'aubes mobiles constituant un rotor monté sur un arbre de turbine. L'arbre de turbine est centré et guidé en rotation par des paliers. Pour limiter leur usure par frottement, les paliers nécessitent une alimentation continue en huile. Ils sont ainsi disposés dans des enceintes contenant de l'air huilé.

La figure 1 représente une coupe longitudinale d'une extrémité aval d'une telle turbomachine 10, relativement à l'axe longitudinal X selon lequel s'étend la turbomachine. On note que l'amont et l'aval sont à considérer relativement au sens d'écoulement d'air au sein de la turbomachine 10. La turbomachine 10 comporte un arbre de turbine 11 et des paliers, dont un palier aval 12 visible à la figure 1. On note que l'appellation « palier aval » fait référence au palier situé le plus en aval de la turbomachine 10. Le palier aval 12 est maintenu par une pièce de support 13 annulaire fixée au stator 14 de la turbomachine 10 au moyen de systèmes vis-écrous 15. Comme précédemment évoqué, le palier aval 12 est logé dans une enceinte 16 contenant de l'air huilé. L'enceinte 16 est en sous-pression par rapport à une enceinte accolée 37, l'enceinte 16 et l'enceinte 37 communiquant via des systèmes d'étanchéité 17. Cela permet de confiner l'air huilé dans l'enceinte 16 entre les systèmes d'étanchéité 17, du fait de la différence de pression. Pour cela, de l'air sous pression prélevé sur un compresseur basse pression de la turbomachine 10 est injecté dans l'enceinte accolée 37.

Un couvercle 18 annulaire est monté sur la pièce de support 13. Plus précisément, le couvercle 18 comporte une face d'extrémité amont 19, annulaire et s'étendant radialement, fixée sur une face d'extrémité aval 20 de la pièce de support 13, également annulaire et s'étendant radialement. Les figures 2, 3 et 4 montrent respectivement une vue en perspective du couvercle 18, une vue de face du couvercle 18, et une vue de face de la pièce de support 13, toutes vues depuis l'aval de la turbomachine 10. La face d'extrémité amont 19 du couvercle 18 comporte une pluralité de premières ouvertures 21 traversantes destinées à être mises en regard d'une pluralité de deuxièmes ouvertures 22 traversantes pratiquées sur la face d'extrémité aval 20 de la pièce de support 13, pour fixation du couvercle 18 sur la pièce de support 13 au moyen d'un système vis-écrou 15. On note, à la figure 4, que la pièce de support 13 comporte une pluralité de troisièmes ouvertures 23 traversantes pour sa fixation sur le stator 14, comme expliqué précédemment.

Par ailleurs, la face d'extrémité aval 20 de la pièce de support 13 comporte une embase 24 pour un tube 25 d'arrivée d'huile, le tube 25 d'arrivée d'huile permettant d'alimenter l'enceinte 16 en huile. En outre, le couvercle 18 comporte une première encoche 26 pour permettre l'accès à l'embase 24 depuis l'aval lorsque le couvercle 18 et la pièce de support 13 sont assemblés.

De plus, la face d'extrémité aval 20 de la pièce de support 13 comporte un embout 27 pour un tube 28 de sortie d'huile, le tube 28 permettant d'évacuer l'huile de l'enceinte 16. En outre, le couvercle 18 comporte une deuxième encoche 29 pour permettre l'accès à l'embout 27 depuis l'aval lorsque le couvercle 18 et la pièce de support 13 sont assemblés.

Le couvercle 18 comporte également une pluralité de tubes 30 destinés à la circulation d'air à pression atmosphérique, afin de mettre à pression atmosphérique des chambres 38 entourant l'enceinte accolée 37. Ces tubes 30 traversent la face d'extrémité amont 19 du couvercle 18.

Le couvercle 18 est monté à étanchéité sur la pièce de support 13 au moyen d'un joint d'étanchéité annulaire déformable monté entre le couvercle 18 et la pièce de support 13. La figure 5 montre un joint 31 classiquement utilisé dans ce genre d'applications.

Le joint 31 est plat et comporte des orifices 32 traversants destinés à être centrés sur les premières ouvertures 21 de la face d'extrémité amont 19 du couvercle 18 et sur les deuxièmes ouvertures 22 de la face d'extrémité aval 20 de la pièce de support 13. Ainsi, comme le montre la figure 6, qui représente une vue en coupe selon l'axe longitudinal X d'un orifice 32, les orifices 32 permettent de laisser passer des vis de fixation 33 utilisées pour la fixation du couvercle 18 sur la pièce de support 13. Chaque vis de fixation 33 est insérée depuis l'aval, et traverse donc, de l'aval vers l'amont : une première ouverture 21, un orifice 32, et une deuxième ouverture 22.

Le joint 31 comporte également des trous 34 traversants de forme sensiblement triangulaire, destinés à être centrés sur les extrémités des tubes 30 de circulation d'air du couvercle 18, pour permettre le passage desdits tubes 30 à travers le joint 31.

De plus, le joint 31 comporte une entaille 35 traversante, de même forme que la deuxième encoche 29 du couvercle 18, permettant un accès à l'embout 27 de la pièce de support 13 depuis l'aval.

Malgré la présence du joint 31 entre le couvercle 18 et la pièce de support 13, de nombreux cas de fuite d'huile sont recensés.

En effet, il s'avère qu'avec le temps, la raideur du joint 31 diminue, ce qui est usuel sur les joints plats en graphite. Par « raideur » on entend la résistance du joint 31 à l'écrasement pour une compression donnée. Le joint 31 perd alors en épaisseur ce qui entraîne une diminution de la tension dans les vis donc une diminution de la compression du joint 31, et par conséquent de son étanchéité.

De plus, hormis la diminution de la raideur du joint 31 avec le temps, l’étanchéité est faible dans la partie du joint 31 située entre les vis 33. En effet, du fait du grand espacement entre les vis de fixation 33, l’écrasement du joint 31 par le couvercle 18 et la pièce de support 13 assemblés n’est pas uniforme. Plus précisément, dans une liaison boulonnée, l’effort de serrage appliqué par les vis 33 plaque la pièce de support 13 contre le couvercle 18. Le couvercle 18 et la pièce de support 13 étant tous deux déformables, la pression d’appui n’est pas uniforme : elle est élevée à proximité des vis 33 et plus faible entre les vis 33. La faible compression dans la partie du joint 31 située entre les vis 33 conduit à une diminution de l’étanchéité assurée par le joint 31 entre les vis 33.

En outre, la faible compression du joint 31 conduit ledit joint 31 à s’imbiber d’huile, ce qui est à l'origine de son effritement. Par ailleurs, la diminution de tension dans l’assemblage autorise des micro-déplacements entre la face d'extrémité amont 19 du couvercle 18 et la face d'extrémité aval 20 de la pièce de support 13 aggravant davantage le phénomène d'endommagement du joint 31. Le joint 31 est également plus facilement susceptible de se déchirer et peut alors se désengager de l'espace compris entre le couvercle 18 et la pièce de support 13, n'assurant plus l'étanchéité de l'enceinte 16.

La diminution voire l’absence d’étanchéité de l’enceinte 16 conduit à une augmentation des fuites d'huile et ainsi à un accroissement des opérations de maintenance de la turbomachine ce qui est coûteux.

DESCRIPTION GENERALE DE L’INVENTION L’invention a pour objet d’améliorer l’étanchéité entre le couvercle d’arrivée d’huile et la pièce de support de palier.

Selon un premier aspect, l’invention concerne un joint d’étanchéité comportant une première face et une seconde face ledit joint d’étanchéité présentant: • une première épaisseur disposée au niveau d’au moins deux premières zones, chaque première zone comportant un orifice débouchant à une première extrémité au niveau de la première face et à une seconde extrémité au niveau de la seconde face, • une seconde épaisseur disposée au niveau d’au moins une seconde zone située entre les deux premières zones, la seconde épaisseur étant supérieure à la première épaisseur.

On entend par « orifice », une ouverture dans le joint permettant l’insertion d’une vis de fixation.

Le joint d’étanchéité selon le premier aspect permet de résoudre les problèmes préalablement cités.

La présence d’épaisseurs différentes selon les zones du joint permet de prolonger l’étanchéité entre le couvercle et la pièce de support de palier. En effet, alors que la première épaisseur du joint au niveau des orifices est la même que celle d’un joint plat classique, le joint selon l’invention présente, en outre, une seconde épaisseur, supérieure à la première épaisseur, au niveau des secondes zones qui permet d’augmenter l’écrasement de la partie du joint située entre les vis de fixation. On rappelle que la compression au niveau de la seconde zone d’un joint classique de l’état de la technique est faible, ce qui conduit à une diminution de l’étanchéité dans l’espace entre les vis. Ainsi, comme pour un joint classique de l’état de la technique, lors de la fixation de la pièce de support sur le couvercle, le joint selon l’invention est comprimé au niveau des vis et, en plus, les secondes zones du joint selon l’invention sont suffisamment comprimées de sorte à garantir une étanchéité uniforme entre le couvercle d’arrivée d’huile et le support de palier. En effet, la faible compression du joint par le couvercle et le support dans la partie située entre les vis est compensée par l’augmentation de l’épaisseur du joint entre les vis. Ainsi, l’écrasement est homogène aussi bien sur les premières zones que sur les secondes zones ce qui permet d’assurer une étanchéité uniforme entre le couvercle et la pièce de support. L’étanchéité, entre la pièce de support et le couvercle, assurée par le joint est prolongée dans le temps ce qui permet de retarder l’apparition des fuites d’huile et ainsi de diminuer les opérations de maintenance de la turbomachine.

Par ailleurs, la solution selon l’invention est peu coûteuse car seul le joint est modifié, le couvercle et de la pièce de support ne faisant pas l’objet de modifications.

Outre les caractéristiques qui viennent d'être évoquées dans le paragraphe précédent, le joint d'étanchéité selon le premier aspect de l'invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.

Selon un mode de réalisation non limitatif, le changement d’épaisseur entre la première épaisseur et la seconde épaisseur s’effectue de manière progressive.

Selon un mode de réalisation non limitatif, la première épaisseur est comprise entre 75% et 85 % de la seconde épaisseur.

Selon un mode de réalisation non limitatif, le joint d’étanchéité comporte : • une couche intercalaire en métal, • une couche de revêtement déformable disposée de part et d’autre de la couche intercalaire.

Selon un mode de réalisation non limitatif, la couche intercalaire en métal forme la première épaisseur et la seconde épaisseur.

Selon un mode de réalisation non limitatif, la couche de revêtement forme la première épaisseur et la seconde épaisseur.

Selon un mode de réalisation non-limitatif, la couche intercalaire est en acier inoxydable.

Selon un mode de réalisation non limitatif, la couche intercalaire est constituée de Nickel.

Selon un second aspect, l’invention concerne une turbomachine comportant un joint d’étanchéité selon le premier aspect de l’invention, ledit joint étant utilisé comme moyen d’étanchéité entre un couvercle d’arrivée d’huile et une pièce de support de palier de la turbomachine. L'invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

Les figures ne sont présentées qu’à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention. Les figures montrent : - à la figure 1, déjà décrite, une coupe longitudinale d'une extrémité aval d'une turbomachine, ladite turbomachine comportant une pièce de support de palier et un couvercle fixé sur ladite pièce ; - à la figure 2, déjà décrite, une vue en perspective du couvercle de la figure 1, depuis l'aval de la turbomachine ; - à la figure 3, déjà décrite, une vue de face du couvercle de la figure 1, depuis l'aval de la turbomachine ; - à la figure 4, déjà décrite, une vue de face de la pièce de support de palier de la figure 1, depuis l'aval de la turbomachine ; - à la figure 5, déjà décrite, une vue en perspective du joint d'étanchéité selon l’art antérieur ; - à la figure 6, déjà décrite, une vue en coupe d'une vis de fixation permettant la fixation du couvercle sur la pièce de support de palier de la figure 1 ; - à la figure 7, une vue en perspective du joint d’étanchéité selon un mode de réalisation de l’invention, - à la figure 8, une vue éclatée d’une partie de l’assemblage entre le couvercle présenté aux figures 1 à 3, la pièce de support présentée à la figure 4 et le joint d’étanchéité présenté à la figure 7.

DESCRIPTION DETAILLEE D’AU MOINS UN MODE DE REALISATION DE L’INVENTION

Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique. L’invention concerne un joint d’étanchéité 41 représenté sur les figures 7 et 8. Le joint d’étanchéité 41 selon l’invention assure l’étanchéité entre une face d’extrémité amont 19 annulaire d’un couvercle 18 et une face d’extrémité aval 20 d’une pièce de support 13 de palier de la turbomachine 10.

La figure 7 représente le joint d’étanchéité 41 selon un mode de réalisation.

Comme le joint 31 selon l’art antérieur, le joint d’étanchéité 41 selon l’invention comporte une première face et une seconde face et présente des orifices 42 débouchants à une première extrémité au niveau de la première face et à une seconde extrémité au niveau de la seconde face. Les orifices 42 traversants sont destinés à être centrés sur les premières ouvertures 21 de la face d’extrémité amont 19 du couvercle 18 et sur les deuxièmes ouvertures 22 de la face d’extrémité aval 20 de la pièce de support 13. Les orifices 42 permettent de laisser passer des vis de fixation 33 utilisées pour la fixation du couvercle 18 sur la pièce de support 13.

Dans cette réalisation non limitative, le joint 41 comporte également des trous 43 traversants de forme sensiblement triangulaire, destinés à être centrés sur les extrémités des tubes 30 de circulation d'air du couvercle 18, pour permettre le passage desdits tubes 30 à travers le joint 41.

De plus, le joint 41 comporte une entaille 44 traversante, de même forme que la deuxième encoche 29 du couvercle 18, permettant un accès à l'embout 27 de la pièce de support 13 depuis l'aval.

Toutefois, à la différence du joint 31 plat selon l’art antérieur, le joint 41 selon l’invention présente des épaisseurs différentes selon les zones.

En effet, en référence à la figure 7, le joint 41 présente : - des premières zones Z1, - des secondes zones Z2, - des jonctions J.

Les premières zones Z1 sont des portions du joint 41 qui comportent les orifices 42 dans lesquels les vis de fixation 33 sont introduites pour fixer la pièce de support 13 sur le couvercle 18. Les premières zones Z1 présentent une première épaisseur Ei qui permet d’assurer l’étanchéité entre le couvercle 18 et la pièce de support 13 au niveau desdites premières zones Z1. Selon un mode de réalisation, la première épaisseur Ei est comprise dans l’intervalle [0.5mm ; 2mm], préférentiellement 0.8mm. En outre, selon un mode de réalisation, les premières zones Z1 présentent une longueur Li comprise dans l’intervalle [10mm ; 40mm], préférentiellement 20mm.

Les secondes zones Z2 sont des portions du joint 41 situées entre deux orifices 42 dudit joint 41. Plus précisément, les secondes zones Z2 sont situées au centre de la distance séparant deux orifices 42. Les secondes zones Z2 présentent une seconde épaisseur E2 qui permet d’assurer l’étanchéité entre le couvercle 18 et la pièce de support 13 au niveau desdites secondes zones Z2. Selon un mode de réalisation, la seconde épaisseur E2 est comprise dans l’intervalle [0.5mm ; 2mm], préférentiellement 1mm. En outre, selon un mode de réalisation, les secondes zones Z2 présentent une longueur L2 comprise dans l’intervalle [10mm ; 40mm], préférentiellement 20mm.

Dans une réalisation non limitative, la seconde épaisseur E2 est choisie de sorte que la première épaisseur E1 soit comprise entre 75% et 85 % de la seconde épaisseur E2. En effet, l’écrasement d’un joint 31 classique est estimé à environ 0.3mm. Ainsi, l’écart entre la première épaisseur E1 et la seconde épaisseur E2 doit être inférieur à 0.3mm soit environ 0.2mm, ce qui représente une surépaisseur, par rapport à la première épaisseur E1, de 20% à 30% de la seconde épaisseur E2. En d’autres termes, la première épaisseur E1 est comprise entre 75% et 85 % de la seconde épaisseur E2

La jonction J correspond à la portion du joint 41 située entre une première zone Z1 et une seconde zone Z2 adjacentes. Ainsi, le changement d’épaisseur de la première épaisseur E1 à la seconde épaisseur E2 et de la seconde épaisseur E2 à la première épaisseur E1 s’effectue au niveau d’une jonction J. Selon le mode de réalisation présenté à la figure 7, le changement d’épaisseur s’effectue de manière progressive de sorte que chaque seconde zone Z2 entourée des jonctions J forme un dôme. Une telle forme permet au joint 41 de présenter, lors de sa compression par la pièce de support 13 et le couvercle d’arrivée d’huile 18, un écrasement homogène. En effet, étant donné le fait que la distance entre le couvercle 18 et la pièce de support 13 augmente lorsqu’on s’éloigne des orifices 42, l’épaisseur du joint 41 est évolutive pour compenser ladite distance. En outre, selon un mode de réalisation, les jonctions J présentent une longueur Lj comprise dans l’intervalle [10mm ; 40mm], préférentiellement 20mm.

Selon le mode réalisation présenté à la figure 7, le joint 41 selon l’invention est formé de la succession d’une première zone Z1 suivie d’une jonction J puis d’une seconde zone Z2 et enfin d’une jonction J. Le nombre de premières zones Z1 dépend du nombre d’orifices 42 ménagés dans le joint 41 : à chaque orifice 42 est associée une première zone Z1 et une seconde Z2, ladite seconde zone Z2 étant située entre deux orifices 42. Enfin, chaque seconde zone Z2 est entourée de deux jonctions J.

Par ailleurs, selon un premier mode de réalisation, le joint 41 est en graphite. Dans un second mode de réalisation, le joint 41 est constitué d’une couche intercalaire en métal recouverte d’une couche de revêtement déformable. Selon un premier exemple, dans le second mode de réalisation, c’est la couche intercalaire en métal qui forme la première épaisseur E1 et la seconde épaisseur E2, la couche de revêtement présentant une épaisseur constante. Selon un second exemple, c’est la couche de revêtement qui forme la première épaisseur Ei et la seconde épaisseur E2, la couche intercalaire présentant une épaisseur constante.

La figure 8 est une vue éclatée d’une partie de l’assemblage entre le couvercle 18, la pièce de support 13 et le joint d’étanchéité 41 selon l’invention. On rappelle que le joint 41 représenté sur la figure 8 est au repos.

Comme le montre la figure 8, lorsque la face d'extrémité aval 20 de la pièce de support 13 vient se plaquer sur la face d’extrémité amont 19 du couvercle 18 par l’intermédiaire du joint 41, les vis de fixation 33 viennent s’insérer dans les orifices 42 traversants ménagés dans les premières zones Z1 du joint 41. Le serrage desdites vis 33 dans lesdits orifices 42 entraîne une déformation (non visible sur la figure 8) de la pièce de support 13 au niveau des premières zones Z1 qui comportent chacune un orifice 42 de fixation d’une vis 33. La compression au niveau de la première épaisseur E1 de la première zone Z1, semblable à la compression du joint 31 selon l’art antérieur, est alors suffisante pour assurer l’étanchéité entre la pièce de support 13 et le couvercle 18 dans la première zone Z1. Au niveau de la seconde zone Z2, alors que la pièce de support 13 n’est pas déformée, l’étanchéité entre la pièce de support 13 et le couvercle 18 est assurée par la seconde épaisseur E2 de la seconde zone Z2 qui est supérieure à la première épaisseur E1. Ainsi, l’écrasement du joint 41 au niveau de la seconde zone Z2 est également suffisant pour assurer l’étanchéité entre la pièce de support 13 et le couvercle 18 dans la seconde zone Z2. Enfin, la forme de la jonction J suit la forme de la pièce de support 13 déformée et l’épaisseur évolutive de ladite jonction J est également suffisante pour assurer l’étanchéité au niveau de la jonction J.

Le joint 41 selon l’invention permet ainsi de garantir une étanchéité uniforme entre la pièce de support 13 et le couvercle 18 ce qui permet de limiter les fuites d’huile, de prolonger la durée de vie du joint 41 qui s’imbibera plus difficilement d’huile et donc de diminuer les opérations de maintenance de la turbomachine.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS

   1. Joint d’étanchéité (41 ) comportant une première face et une seconde face ledit joint d’étanchéité étant caractérisé en ce qu’il présente: • une première épaisseur (E-ι) disposée au niveau d’au moins deux premières zones (Z1), chaque première zone (Z1) comportant un orifice (42) débouchant à une première extrémité au niveau de la première face et à une seconde extrémité au niveau de la seconde face, • une seconde épaisseur (E2) disposée au niveau d’au moins une seconde zone (Z2) située entre les deux premières zones (Z1), la seconde épaisseur (E2) étant supérieure à la première épaisseur (E1).
2. 2. Joint d’étanchéité (41) selon la revendication 1 caractérisé en ce que le changement d’épaisseur entre la première épaisseur (E1) et la seconde épaisseur (E2) s’effectue de manière progressive.
3. 3. Joint d’étanchéité (41 ) selon la revendication 2 caractérisé en ce que la seconde épaisseur forme un dôme.
4. 4. Joint d’étanchéité (41) selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la première épaisseur (E1) est comprise entre 75% et 85 % de la seconde épaisseur (E2).
5. 5. Joint d’étanchéité (41) selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu’il comporte : • une couche intercalaire en métal, • une couche de revêtement déformable entourant la couche intercalaire.
6. 6. Joint d’étanchéité (41 ) selon la revendication 5 caractérisé en ce que la couche intercalaire en métal forme la première épaisseur (E1) et la seconde épaisseur (E2).
7. 7. Joint d’étanchéité selon la revendication 5 caractérisé en ce que la couche de revêtement forme la première épaisseur (E-ι) et la seconde épaisseur (E2).
8. 8. Joint d’étanchéité selon l’une quelconque des revendications 5 à 6 caractérisé en ce que la couche intercalaire est en acier inoxydable.
9. 9. Joint d’étanchéité selon l’une quelconque des revendications 5 à 6 caractérisé en ce que la couche intercalaire est constituée de Nickel.
10. 10. Turbomachine (10) comportant le joint d’étanchéité (41 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, ledit joint (41) étant positionné entre un couvercle d’arrivée d’huile (18) et une pièce de support de palier (13) de la turbomachine (10).