FR3064669A1

FR3064669A1 - Dispositif d'etancheite d'une turbomachine a revetement abradable

Info

Publication number: FR3064669A1
Application number: FR1752801A
Authority: FR
Inventors: Leon Francois Etienne
Original assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2018-10-05
Anticipated expiration: 2037-03-31
Also published as: FR3064669B1

Abstract

Est concerné un dispositif d'étanchéité d'un étage mobile de rotor de turbomachine, comprenant un revêtement (46) en matière abradable qui est adapté à coopérer avec des léchettes (40) d'aubes et qui comprend des feuillards (60a,60b) s'étendant suivant des directions d'allongement parallèles le long desquelles les feuillards présentent chacun des créneaux (62) et des redans (64) successifs ayant des faces (56,58) s'étendant parallèlement à ladite direction d'allongement. Deux feuillards adjacents sont fixés entre eux par des brasures à l'endroit de dites faces (56,58) en regard deux à deux de créneaux et redans respectifs. Entre certaines au moins desdites faces en regard les brasures (54) s'étendent sur une partie seulement de la hauteur (H) des feuillards.

Description

Titulaire(s) : SAFRAN AIRCRAFT ENGINES Société par actions simplifiée.

Demande(s) d’extension

Mandataire(s) : ERNEST GUTMANN - YVES PLASSERAUD SAS.

(34) DISPOSITIF D'ETANCHEITE D'UNE TURBOMACHINE A REVETEMENT ABRADABLE.

FR 3 064 669 - A1 (57) Est concerné un dispositif d'étanchéité d'un étage mobile de rotor de turbomachine, comprenant un revêtement (46) en matière abradable qui est adapté à coopérer avec des léchettes (40) d'aubes et qui comprend des feuillards (60a,60b) s'étendant suivant des directions d'allongement parallèles le long desquelles les feuillards présentent chacun des créneaux (62) et des redans (64) successifs ayant des faces (56,58) s'étendant parallèlement à ladite direction d'allongement. Deux feuillards adjacents sont fixés entre eux par des brasures à l'endroit de dites faces (56,58) en regard deux à deux de créneaux et redans respectifs. Entre certaines au moins desdites faces en regard les brasures (54) s'étendent sur une partie seulement de la hauteur (H) des feuillards.

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Dispositif d'étanchéité d'une turbomachine à revêtement abradable

La présente invention concerne un dispositif d'étanchéité entre une partie de rotor et une partie de stator d’une turbomachine à gaz, notamment d’un moteur d'avion, présentant un axe (X) longitudinal.

Il peut s’agir d’une partie de turbine ou de compresseur.

De façon traditionnelle, une partie de rotor comprend notamment des aubes mobiles (ou rotatives) pourvues en extrémité radialement externes de léchettes qui coopèrent avec des revêtements radialement internes d’une paroi extérieure de la turbomachine auquel sont fixés circonférentiellement, en tant que dispositif d'étanchéité, des blocs de matière abradable définissant lesdits revêtements. De telles parois extérieures de turbomachine munies de revêtements intérieurs abradables peuvent en particulier être définies par un carter, ou anneau, de compresseur ou de turbine, et en particulier un carter de compresseur basse pression ou de turbine basse pression. Ceci forme alors la partie de stator avec laquelle l'étanchéité entre lesdites parties de rotor et de stator est à réaliser.

Un carter de turbine est typiquement formé d'une pluralité de secteurs d'anneaux jointifs qui entourent un ensemble d'aubes rotatives mues par les gaz de combustion.

Un carter de compresseur comprend typiquement également une ou plusieurs structures annulaires, qui peuvent être formées d'une pluralité de secteurs annulaires jointifs. Les structures annulaires sont situées en regard d'un ou plusieurs ensembles d'aubes avec des mouvements relatifs entre les aubes et les structures annulaires.

Mais une étanchéité entre des parties de rotor et de stator est aussi typiquement à atteindre à l’endroit de viroles internes d’aubes fixes, pourvues alors également de blocs de matière abradable définissant des revêtements d’étanchéité, radialement internes, adaptés à coopérer avec des léchettes, typiquement des léchettes de branches de disques intermédiaires portant des joints inter-étages.

Chaque revêtement d’étanchéité comprend des feuillards ayant chacun une longueur, une hauteur et une épaisseur, suivant respectivement trois directions perpendiculaires entre elles. Les feuillards s’étendent suivant des directions d’allongement (Y ci-après) circonférentielles par rapport audit axe longitudinal (X) et le long desquelles les feuillards présentent chacun des créneaux et des redans successifs ayant des faces s’étendant parallèlement à ladite direction d’allongement et s’élevant suivant leur hauteur (H). Transversalement à cette direction d’allongement (axe longitudinal X), deux tels feuillards adjacents sont fixés ensemble par des brasures à l’endroit de dites faces en regard deux à deux de créneaux et redans respectifs. Des alvéoles sont formées. Et on comprend que les feuillards ont donc été déformés par rapport à leur état plat d’origine.

Dans la présente demande :

- radial a pour sens perpendiculaire à l’axe X,

- circonférentiel a pour sens s’étendant autour de l’axe X,

- extérieur et intérieur (ou externe et interne) ont respectivement pour sens radialement extérieur et radialement intérieur par rapport à l’axe X,

- léchette se traduit souvent en anglais : « rubbing strip (seal) » ou « labyrinth seal lip »,

- « fixée sur » a pour sens « lié avec » par des moyens intermédiaires (vis...) ou « monobloc avec » (par fabrication en une seule pièce ou par soudure),

- et axial a pour sens parallèle à l’axe de rotation notamment des roues portant les aubes mobiles de la turbomachine ; il s’agit ainsi de l’axe X déjà cité.

Afin d'assurer à la turbomachine le meilleur rendement possible, il est impératif de limiter au minimum les fuites de gaz, notamment celles qui surviennent entre les aubes mobiles de la partie de rotor, ou des aubes fixes de la partie de stator, typiquement à l’endroit des léchettes précitées, et le revêtement en matière abradable en regard de la paroi concernée, lesdites fuites ne contribuant pas au fonctionnement de la turbomachine. La recherche d'une absence de jeu ou d'un jeu minimum fait que des contacts peuvent être inévitables entre les aubes et le matériau situé en vis-à-vis. En raison de la dureté habituelle de ce matériau, de tels contacts peuvent être destructeurs vis-à-vis des aubes, malgré la nature abradable des blocs prévus pour coopérer avec les léchettes desdites aubes.

Les joints d'étanchéité, typiquement à labyrinthe, formés par les léchettes et les blocs ou revêtements de matière abradable ont pour but d'empêcher ou de limiter ce phénomène, en s'opposant au passage de gaz axialement d'amont en aval.

Or, une usure importante peut survenir sur certaines au moins des léchettes, en particulier celles de la turbine basse pression, sur une turbomachine double flux à turbines respectivement basse et haute pression.

Par exemple sur des aubes mobiles de turbine, une solution déjà envisagée pour résoudre ce problème d’usure, en revêtant la face de contact des léchettes de trois aubes par roue. Cela présente toutefois l’inconvénient d’augmenter le jeu entre les aubes et les revêtements abradables situés sur la face en regard de la paroi concernée de la turbomachine. Ceci entraîne alors des fuites d’air hors de la veine de fluide où s’étendent les aubes et donc une réduction du rendement de la turbomachine.

En outre, après analyse, une origine de l’usure des léchettes serait les revêtements abradables.

Ce qui précède peut aussi se constater entre des viroles radialement internes d’aubes fixes et des léchettes d’un joint inter-étage.

Un but de l’invention est donc d’apporter une solution à cette situation, dès lors que les revêtements abradables sont prévus pour s’user lors de la pénétration et du chariotage des léchettes des aubes concernées.

De fait, il a été anticipé par les inventeurs qu’une partie au moins de la problématique était liée aux brasures entre feuillards adjacents qui peuvent créer des zones de dureté locale importante, ce qui initie une usure des léchettes qui peut ensuite s’auto-entretenir sur plusieurs mm de hauteur.

Aussi est-il proposé que le dispositif d'étanchéité précité soit tel qu’entre certaines au moins desdites faces en regard des feuillards adjacents (qui sont donc en contact avec les brasures) lesdites brasures s’étendent sur une partie seulement de la hauteur de ces feuillards.

Revêtements internes montés sur la(les) paroi(s) concernée(s) de la turbomachine, ces hauteurs seront (sensiblement) radiales.

En réduisant la hauteur des zones brasées, on va diminuer les zones de contact à dureté locale importante entre les léchettes (ou équivalents) et les abradables.

De préférence, certaines au moins des faces en regard desdits feuillards adjacents présenteront individuellement un décrochement dans la direction de la hauteur du feuillard, qui éloignera localement ladite face de celle en regard du feuillard adjacent, dans la direction de l’épaisseur des feuillards, lesdites deux faces en regard étant brasées ensemble là où elles sont le plus rapprochées l’une de l’autre et dépourvues de brasure là où elles sont le plus éloignées l’une de l’autre.

On aura compris que, revêtements internes montés sur la(les) paroi(s) extérieure(s) concernée(s) de la turbomachine, ladite « direction d’épaisseur des feuillards » sera transversale aux hauteurs et longueurs de ces feuillards, et a priori (sensiblement) axiale.

Ceci va concourir à la même solution que précédemment, en évitant qu’une brasure puisse se répandre sur toute la surface entre deux faces en regard de feuillards adjacents. On va ainsi pouvoir limiter l’étendue en hauteur des zones brasées entre feuillards, et donc limiter les points durs avec les léchettes.

Toujours pour se rapprocher du but visant à:

- réduire les zones de brasure,

- améliorer l’abradabilité : c’est le matériau abradable qui s’use et non pas la pièce en face ; précisément les léchettes dans les exemples ;

- ne pas intégrer de revêtement sur les sommets des léchettes des aubes mobiles,

- réduire les fuites en sommet de léchettes, malgré l’absence de revêtement sur ces sommets de léchettes,

- éviter des problèmes comparables sur des aubes fixes.

il est aussi proposé que deux dites faces en regard de deux feuillards adjacents fixés ensemble par les brasures soient le plus éloignées l’une de l’autre, dans la direction de l’épaisseur des feuillards, à l’endroit d’une extrémité libre du revêtement, dans la direction de la hauteur de ces feuillards (qui correspond à la direction radiale de la turbomachine).

On aura compris qu’une fois les revêtements montés sur la turbomachine :

- la direction de l’épaisseur des feuillards (qui correspond à la direction axiale de la turbomachine) sera suivant la direction longitudinale de la turbomachine (axe X),

- et la direction de la hauteur de ces feuillards sera radiale (axe Z).

Dans ce cadre, il est aussi proposé que, dans la direction de la hauteur des feuillards, la garniture abradable présente une extrémité libre à diriger vers les léchettes des aubes du rotor ou du stator, la partie de la hauteur des feuillards où s’étendent les brasures étant éloignée de cette extrémité libre, de sorte que cette extrémité libre est dépourvue de brasure.

En localisant ainsi les zones non brasées entre feuillards à une extrémité radiale libre du revêtement, on augmentera la flexibilité des revêtements, au contact avec les léchettes, ou équivalents.

De préférence, il est même proposé que, le long des directions d’allongement parallèles suivant lesquelles deux dits feuillards adjacents s’étendent, lesdits feuillards soient continûment éloignés l’un de l’autre, dans la direction de l’épaisseur des feuillards, et dépourvus de brasure, à ladite extrémité libre. Ces feuillards seront là sensiblement parallèles entre eux.

Ainsi, toujours revêtements internes montés, et alors globalement transversalement à l’axe X précité autour duquel tourne les aubes du rotor, il pourra n’y avoir, à une extrémité radiale libre du revêtement, aucune fixation (brasure en l’espèce) entre deux feuillards adjacents, sur toute la longueur de ces feuillards. Les zones de brasures seront de fait réduites.

En termes dimensionnels, il est par ailleurs conseillé que, dans la direction de l’épaisseur des feuillards, là où elles sont le plus éloignées l’une de l’autre, deux faces en regard de deux dits feuillards adjacents soient éloignées l’une de l’autre d’une distance au moins double de la distance qui sépare ces faces là où elles sont brasées ensemble.

Typiquement, il est conseillé que la distance entre deux feuillards adjacents soit supérieure à 0.15mm, voir 0.2mm pour être sûr que la brasure ne monte pas sur toute la hauteur du revêtement abradable. Ceci provient de la valeur de jeu préconisé de 0.1mm maximum entre deux pièces pour un brasage conforme. Des valeurs de jeu de brasage entre deux pièces > 0.1mm peut en effet engendrer des défauts de brasage, le jeu étant alors trop important pour que la brasure (liquide, à chaud) se répande par capillarité.

La distance maximum (E1 ci-après) entre les deux feuillards est déterminée géométriquement, égale à la distance moyenne entre deux feuillards.

Outre le dispositif d'étanchéité précitée est aussi concerné un feuillard destiné à ce dispositif, le feuillard étant comme précité, de sorte qu’il s’étend longitudinalement en présentant des créneaux et des redans successifs ayant des faces s’étendant parallèlement à ladite direction d’allongement. Certaines au moins de ces faces ainsi étendues présentent individuellement un décrochement dans la direction de la hauteur du feuillard.

Comme déjà évoqué, ce feuillard (qui présente donc, dans la direction de sa hauteur, deux extrémités libres opposées) sera favorablement tel que, ses créneaux et redans successifs présenteront, dans la direction de l’épaisseur du feuillard, une profondeur de déformation du feuillard qui sera, à une dite extrémité libre, supérieure à ce qu’elle est à l’extrémité libre opposée.

La flexibilité des revêtements au contact avec les léchettes en sera augmentée et les zones de brasure réduites.

De manière comparable, est aussi concerné un procédé de fabrication d’un revêtement abradable pour ledit dispositif d'étanchéité, dans lequel procédé:

- on réalise des feuillards comme précités, de sorte qu’ils s’étendent suivant des directions d’allongement le long desquelles ils présentent chacun des créneaux et des redans successifs ayant des faces s’étendant parallèlement à la direction d’allongement,

- on dispose les feuillards avec leurs directions d’allongement parallèles et en rapprochant les faces en regard deux à deux des créneaux et redans respectifs de deux feuillards adjacents,

- on apporte des brasures à l’endroit desdites faces en regard des créneaux et redans respectifs, à une extrémité libre desdits feuillards dans la direction de hauteur de ces feuillards, ce procédé étant caractérisé en ce que, lors de l’étape de réalisation des feuillards, on forme certaines au moins desdites faces pour qu’elles présentent individuellement un décrochement dans la direction de la hauteur du feuillard, de sorte que, lors de l’étape de disposition des feuillards, lesdites faces en regard des créneaux et redans respectifs soient disposées suffisamment proches l’une de l’autre là où elles sont les plus proches, dans la direction de l’épaisseur des feuillards, afin :

-- que les brasures se répartissent, ou se répandent, sur lesdites faces, une fois les brasures apportées, et

-- que lesdites faces en regard soient suffisamment éloignées l’une de l’autre à l’endroit des décrochements, dans la direction de l’épaisseur des feuillards, pour que les brasures en soient absentes, une fois les brasures répandues.

De préférence, et comme déjà évoqué, là où elles sont le plus éloignées l’une de l’autre dans la direction de l’épaisseur des feuillards, les deux faces en regard de deux dits feuillards adjacents fixées ensemble seront éloignées l’une de l’autre d’une distance au moins double de la distance qui les séparent là où elles sont brasées ensemble.

Est enfin concernée par l’invention une turbomachine à gaz, telle qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur d’avion, comprenant une partie de rotor et une partie de stator présentant un axe (X) longitudinal commun autour duquel peuvent tourner des aubes mobiles de la partie de rotor, la partie de stator comportant un carter, auquel sont fixés circonférentiellement des secteurs d'anneau, et des viroles radialement internes d’aubes fixes, les secteurs d'anneau et/ou les viroles radialement internes portant des blocs de matière abradable dont certains au moins définissent individuellement le revêtement abradable présenté ci-avant, avec toutes ou partie de ses caractéristiques.

L’invention sera si nécessaire encore mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention pourront apparaître à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels :

- la figure 1 schématise, en vue partielle latérale, une turbomachine aéronautique à monter sur un aéronef, avec son axe X de rotation horizontal,

- la figure 2 schématise, en coupe verticale suivant un plan médian contenant cet axe X, une partie de la turbine basse pression qui peut équiper la turbomachine de la figure 1,

- la figure 3 schématise, en perspective, une aube rotative (de rotor) qui peut équiper la turbine de la figure 2,

- la figure 4 schématise, en coupe verticale transversale à l’axe X, des aubes mobiles d’un étage de la turbine montée dans le carter extérieur qui les reçoit,

- la figure 5 schématise en coupe axiale la coopération entre un panneau ou revêtements de matière abradable et une extrémité d’une aube mobile ;

- la figure 6 schématise, en perspective, une partie d’un revêtement abradable formées de feuillards crénelés, en vue grossière,

- les figures 7,9 schématisent, en vue de dessus ou plongeante (flèche VI de la figure 6), une partie du revêtement abradable, en vue alors agrandie,

- la figure 8 présente trois feuillards parallèles prêts à être fixés ensemble (double flèches),

- la figure 10 est la coupe selon la ligne VIII-VIII de la figure 8, et une symbolisation du carter externe (440 ci-après) y a été portée, dans une hypothèse de montage du revêtement face à une aube mobile.

- et la figure 11 est une vue de côté qui suit la ligne de la figure 7 renforcée à ses changements de directions.

Tel que schématisé sur la figure 1, un réacteur ou turbomachine double flux 1 pour aéronef comporte au moins un carter annulaire, ou enveloppe circulaire, 2 externe de soufflante à l'intérieur de laquelle sont disposés différents composants de la turbomachine.

A l'entrée du carter annulaire 2 externe en considérant le sens de déplacement de l'air (inverse au sens d'avancement de l'aéronef, c'est-à-dire de gauche à droite sur la figure ; voir flèches), se trouvent en particulier des aubes 3 de soufflante couplées à un arbre rotatif 4. Ensuite, reliés à l'arbre 4, qui s’étend autour de l’axe X de rotation de la turbomachine, se trouvent différents étages axiaux de compression dont le premier compresseur 5 ; puis sont disposés différents autres éléments du moteur dont la turbine axiale 6.

L'air entre dans le carter annulaire 2 externe de soufflante où il est entraîné par les aubes 3 de soufflante. Pour assurer la propulsion, la majeure partie s'écoule dans la veine secondaire 11 délimitée radialement entre une partie du carter annulaire 2 externe et un carter de moteur 7 plus intérieur. Une autre partie de l'air est aspirée dans une veine primaire 13 par le premier compresseur 5 et dirigée vers la turbine 6 par l'intermédiaire d'autres éléments constitutifs du moteur.

Des bras raidisseurs 10 relient par ailleurs le carter annulaire 2 externe et le carter de moteur 7.

Le premier compresseur 5 est un compresseur basse pression, comprenant une partie mobile et une partie fixe solidarisée au carter de moteur 7 ; plus particulièrement, le compresseur comprend une alternance ίο d’aubes 8 appartenant à des roues de rotor, couplées à l'arbre 4, et donc rotatives, et de redresseurs 9 (ou stators) couplés à la partie fixe du compresseur 5 afin de redresser l'air.

La turbine 6 comprend une turbine haute pression suivie axialement par une turbine basse pression 16 partiellement montrée figure 2.

Dans l’exemple, la turbine basse-pression 16 comprend trois rangs d'aubes mobiles 18, 20, 22 (aubes 8) et deux rangs d'aubes fixes 24, 26 (redresseurs 9).

Les aubes fixes 24, 26 sont, à leurs extrémités radialement externes, montées par des moyens non représentés sur un carter du turboréacteur et les aubes rotatives 18, 20, 22 sont montées par des moyens appropriés, par exemple à queue d'aronde ou analogue, à leurs extrémités radialement internes sur des disques 28, 30, 32 du rotor. Chaque disque comprend une bride annulaire amont 36a et une bride annulaire aval 36b servant à la fixation des disques entre eux et sur un cône d'entraînement 34 relié à l'arbre 4 de la turbomachine, pour tourner avec lui, ainsi qu'à la fixation de flasques annulaires de retenue de viroles d'aubes fixes, ou distributeurs, sur les disques.

Deux disques 28,30,...axialement successifs de rotor sont solidarisés entre eux, via les brides annulaires amont et aval précitées, par des boulons 33 qui maintiennent également un anneau intermédiaire d’étanchéité 35 portant un joint inter-étage 37 et situé en périphérie extérieure de la bride amont 36a correspondante. Ce joint en soi connu peut comprendre des prolongements annulaires radiaux ou léchettes 41 coopérant avec un revêtement 46 abradable, de façon à définir un joint labyrinthe.

De façon générale, les aubes de rotor sont disposées et peuvent tourner, autour de l’axe X, entre une limite annulaire extérieure 44 et une limite annulaire intérieure 45 qui peut être essentiellement définie par des plateformes intérieures 47 dont sont pourvues les aubes rotatives et les redresseurs fixes. Figure 2, le revêtement 46 est fixé à la virole 43 radialement interne de la plateforme intérieure 47 de l'aube fixe, ou statorique, correspondante. Le revêtement 46 peut être réalisé en secteurs d’anneau et être à structure en nid d'abeilles.

La figure 3 montre un exemple d’aube de rotor, telle que celle 18, qui peut appartenir à la première roue de turbine basse pression.

Chaque aube mobile comporte un pied d'aube 38a à son extrémité interne et un talon 38b à son extrémité périphérique externe. L'aube s'étend le long d'un axe d'aube Z perpendiculaire à l'axe X du rotor sur lequel est montée ladite aube.

Une ou plusieurs léchettes 40 sont formées sur la face radialement externe du talon 38b. Les léchettes sont annulaires et sensiblement radiales.

La figure 4 représente plusieurs aubes 18 rotatives, le sens de rotation autour de l’axe X étant indiqué par la flèche F. Les aubes comportent toutes des léchettes. Les léchettes sont disposées dans des plans parallèles, perpendiculaires à l'axe de rotation X du rotor et peuvent s'étendre périphériquement sur un angle égal à un pas angulaire inter-aube afin de former un labyrinthe avec un équipement de la paroi interne d’un carter externe fixe appartenant à ladite limite annulaire extérieure 44 précitée et mieux visible figure 5 où ce carter est repéré 440. Seules certaines des léchettes 40 sont visibles sur la figure 4.

Plus précisément, et comme illustré sur la figure 5, les léchettes 40 coopèrent par frottement avec des revêtements, appelés aussi panneaux, 46 en matériau abradable, pour assurer l’étanchéité en sommet de chaque aube rotative concernée, telle celle 18 illustrée, c’est-à-dire limiter les circulations d’air parasites entre les sommets des aubes rotatives et le carter externe 440.

Les revêtements 46 abradables sont chacun fixés (par exemple soudées ou brasées) extérieurement sur des secteurs d'anneau 47 accrochés circonférentiellement sur le carter externe 440.

Chaque secteur d'anneau 47 peut être pour cela pourvu fixement et extérieurement d’organes 48 externes en C ouverts vers l’amont et chacun engagé circonférentiellement avec un rail 49 circonférentiel porté par le carter externe 440.

Via un tel dispositif d'étanchéité 50 formé avec ces revêtements 46 abradables internes portés par le carter externe 440 sur sa paroi radialement interne, il va donc être possible, au cours du fonctionnement de la turbomachine, de permettre au stator, en s'abrasant, de s'adapter à la forme des léchettes frottant contre lui par leurs sommets. Ainsi, les frottements vont se trouver diminués après adaptation des surfaces entre-elles, ce qui permettra de diminuer les fuites. Il peut en être de même entre les léchettes 41 portées indirectement par l’arbre 4 et lesdits revêtements 46 fixés donc à la plateforme intérieure 47 des aubes fixes de la partie de redresseur considéré.

On doit donc comprendre que la solution des figures 6 et suivantes s’applique à tout revêtement 46 abradable.

Comme schématisé figures 6,7, le (chaque) revêtement 46 abradable comprend des alvéoles 52 individuellement à contour fermé, polygonales. Les alvéoles 52 sont liées deux à deux par des scellements 54 (voir figure 7), notamment transversalement à l’axe X, à l’endroit de faces 56, 58 respectives axiales du polygone. Ces faces 56, 58 sont adjacentes et s’étendant le long l’une de l’autre, donc mutuellement en regard.

Les scellements 54 sont typiquement des brasures qui s’étendent ici parallèlement à l’axe Y et se dressent dans le sens de la hauteur Z.

Comme illustré figure 6, le (chaque) revêtement 46 abradable est formé de feuillards, a priori métalliques, tels 60a,60b, à motif(s) périodique(s) en créneaux et redans (62,64 respectivement figures 8-9) et réunis par lesdits scellements 54 qui sont disposés en quinconce pour relier un redan 64 d’un dit feuillard, 60a par exemple, à une partie centrale d’un créneau 62 d’un feuillard tel 60b, axialement adjacent.

De ceci on comprend qu’une fois monté sur la turbomachine, chaque revêtement 46 est prévu pour être orienté comme suit, les axes Χ,Υ,Ζ étant perpendiculaires deux à deux :

- la longueur L des feuillards, qui peut varier sur le revêtement 46, sera dirigé sensiblement parallèlement à l’axe Y précité (figures 6-10),

- la hauteur H des feuillards, qui peut aussi varier sur le revêtement 46, sera dirigée sensiblement radialement (direction Z figures 6,8), et l’épaisseur e des feuillards, sera dirigée sensiblement circonférentiellement (direction X, figures 6-10),

Disposer de faces 56,58, fixées ensemble, parallèles à la direction longitudinale des feuillards (ici axe Y) permet un contact optimisé avec les léchettes, en particulier si elles sont mobiles avec les aubes.

Il est à toutefois à noter que la direction commune d’allongement des feuillards, tels 60a,60b, suivant leur(s) longueur(s) (L) ne sera pas nécessairement, revêtement 46 monté, strictement parallèle à l’axe Y. De même, vis-à-vis de l’axe X, certains revêtements pourraient être légèrement inclinés sur le carter 440, comme par exemple sur la figure 2.

Dans la solution préférée ici illustrée, si le caractère individuellement à contour fermé des alvéoles 52 polygonales existe sur un côté 61a (figures 7,10) du revêtement 46 abaradable, il n’existe pas sur le côté opposé, 61b (figures 6,9,10), ces deux côtés étant radialement opposés, revêtement 46 monté sur la turbomachine.

En effet, il est prévu dans l’invention que, sur certaines au moins des faces 56,58 en regard, fixées ensemble, les brasures 54 s’étendent sur une partie seulement de la hauteur H des feuillards, comme on le comprend avec les figures 7-9 considérées ensemble, étant précisé que figures 8,9, les pointillés marquent que les éléments visés, pointés par la ligne du repère, sont cachés.

Si des barrières anti-diffusion des brasures auraient pu être prévues à une ou plusieurs hauteurs intermédiaires des faces 56, 58 pour limiter la hauteur des parties brasées entre feuillards adjacents, une solution privilégiée est toutefois que certaines au moins desdites faces 56, 58 présentent individuellement un décrochement 63 dans la direction de la hauteur H (axe Z) du feuillard considéré.

Un tel décrochement 63 permet d’éloigner localement la face 56 ou 58 concernée de celle, 58 ou 56, en regard du feuillard adjacent, ceci dans la direction e de l’épaisseur des feuillards (axe X). Chaque paroi à faces 56 ou 58 présentera de préférence un seul décrochement 63 qui sera formé de biais par rapport au reste de cette paroi où les deux tronçons restants seront parallèlement entre eux et s’étendront suivant la hauteur H (axe Z).

C’est bien sûr à l’endroit où il n’y a pas de décrochement que lesdites deux faces en regard 56, 58 sont brasées ensemble (là où elles sont donc le plus rapprochées l’une de l’autre, suivant X) et qu’il y a absence de brasure là où ces faces sont le plus éloignées l’une de l’autre.

Dans les réalisations illustrées, du fait des décrochements 63, les créneaux 62) et les redans 64 successifs d’un feuillard présentent, dans la direction de son épaisseur e, une profondeur E3 de déformation du feuillard qui est, à une dite extrémité libre 61b, supérieure à ce qu’elle est (E4 figure 8) à l’extrémité libre opposée, ici 61a (étant précisé que cette extrémité n’est plus libre quand le revêtement est fixé avec la partie concernée de stator, comme montré figure 10). Ceci concourt à l’absence de brasure à l’extrémité libre 61b, donc à la limitation des points durs pour les léchettes.

Chaque décrochement 63 pourra être prévu environ à mi-hauteur de la hauteur (totale) H d’un feuillard. II pourra être réalisé par déformation sensiblement en ./ du feuillard, comme illustré (z aplati), avec un angle ά (figure 10) de pliure du feuillard qui pourra être inférieur à 45°.

Comme on le voit figure 8, dans le sens de la hauteur H et partant de l’extrémité 61a destinée à être fixée à la partie concernée de stator, chaque brasure 54 s’arrêtera sensiblement au niveau du début du décrochement 63, puisque c’est à partir de là que les faces en regard 56,58 s’éloignent latéralement l’une de l’autre.

Sur la figure 10, on a illustré symboliquement deux léchettes 40 qui sont ici présentées du côté 61b, en face de l’extrémité libre correspondante du revêtement 46, dans la direction de la hauteur H de ces feuillards (axe Z).

En effet, il pourra être avantageux de disposer les alvéoles fermées 52 du côté radialement extérieur du revêtement 46, avec donc radialement, face aux léchettes 40, l’extrémité libre du revêtement correspondant au côté 61b, là où deux faces en regard 56,58 de deux feuillards adjacents sont le plus éloignées l’une de l’autre, dans la direction de l’épaisseur des feuillards : distance repérée E1 figures 9,10.

Ainsi, au cours du fonctionnement de la turbomachine, lors des frottements entre les revêtements 46 et les sommets des léchettes 40, ces léchettes n’entreront a priori pas en contact avec les zones brasées 54, mais (du moins d’abord) avec les zones des revêtements d’où les brasures sont absentes (comme le symbolise la figure 10), là où les alvéoles formées par les créneaux et redans sont donc ouvertes longitudinalement (comme illustré notamment figure 9).

On notera que, situer la partie de hauteur des faces axiales 56,58 à braser ensemble à une extrémité libre du revêtement 46 plutôt qu’en partie intermédiaire de ces faces est lié au procédé préféré de fabrication qui prévoit de placer le métal d'apport à une extrémité libre des feuillards dans la direction de hauteur de ces feuillards, comme illustré figure 11, puis à laisser ce métal diffuser entre les faces adjacentes, typiquement par capillarité.

Avec ce procédé et les précautions précitées, une extrémité libre 61a du revêtement abradable 46 sera dépourvue de brasure, l’autre extrémité libre 61a sera avec brasures et donc alvéoles fermées 52.

Au surplus, et comme encore illustré notamment figure 9, on préférera que, le long des directions d’allongement parallèles (longueur L) suivant lesquelles deux feuillards adjacents, tels 60a,60b, s’étendent, ces feuillards soient, du côté de l’extrémité libre 61b, continûment dépourvus de brasure et éloignés l’un de l’autre, dans la direction de l’épaisseur e des feuillards.

De la sorte, les avantages de flexibilité et de réduction des points durs par limitation des zones de brasure seront atteints sur toute la longueur des revêtements, avec une standardisation et une simplification de la fabrication.

Pour atteindre favorablement les conditions évoquées de réalisation d’un brasage par auto-diffusion des brasures (métal ou alliage d’apport) sur la partie prévue desdites faces 56,58, une fois les brasures apportées, il est apparu préférable que, dans la direction de l’épaisseur e des feuillards (axe X), là où les faces 56,58 en regard de deux dits feuillards adjacents sont le plus éloignées l’une de l’autre, cet éloignement repéré E1 figures 7,10 soit égal au moins au double de la distance E2 qui séparent ces faces là où elles sont brasées ensemble.

Des distances respectives 0 < E2 < 0,1mm et E1=0.2mm seraient adaptées, à 15% près, suite à des retours d’expérience. Favorablement, E2 max sera déterminée géométriquement, égale à la distance moyenne entre deux feuillards adjacents.

Concernant la fabrication de chaque revêtement, on préférera procéder comme suit :

- d’abord on réalise des feuillards, tels 60a,60b, ayant chacun une longueur L, une hauteur H et une épaisseur e, les feuillards s’étendant suivant des directions d’allongement le long desquelles les feuillards présentent chacun les créneaux 52 et redans 53 successifs, avec les faces 56 ou 58 qui s’étendent parallèlement à ladite direction d’allongement (longueur L),

- puis on dispose les feuillards côte-à-côte, avec leurs directions d’allongement parallèles et on rapproche les faces 56,58 de deux feuillards adjacents, comme illustré par les doubles flèches figure 8,

- ensuite on apporte des brasures 54 à l’endroit desdites faces en regard des créneaux 62 et redans 64 respectifs, à une extrémité libre 61a des feuillards dans la direction de hauteur H de ces feuillards, comme illustré figure 11.

Lors de l’étape de réalisation des feuillards, on aura formé certaines au moins desdites faces 56,58 pour qu’elles présentent individuellement le décrochement 63 dans la direction de la hauteur H du feuillard concerné, de sorte que, lors de l’étape de disposition des feuillards (figure 8), lesdites faces en regard des créneaux 62 et redans 64 respectifs soient disposées suffisamment proches l’une de l’autre (distance E2) là où elles sont les plus proches, dans la direction de l’épaisseur e des feuillards, afin :

- que les brasures 54 se répartissent d’elles-mêmes par capillarité sur lesdites faces 56,58, une fois les brasures apportées, et

- que lesdites faces en regard 56,58 soient suffisamment éloignées l’une de l’autre à l’endroit des décrochements 63, dans la direction de l’épaisseur des feuillards (distance E1), pour que les brasures 63 en soient absentes, une fois ces brasures réparties d’elles-mêmes.

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif d'étanchéité entre une partie de rotor et une partie de stator d’une turbomachine présentant un axe longitudinal (X), le dispositif d'étanchéité comprenant au moins un revêtement (46) en matière abradable :

- fixé sur la partie de stator (9,24,26,43 ;440),

- adapté à coopérer avec des léchettes (40,41) fixées sur la partie de rotor (8,18,20,22 ;35,37),

- et qui comprend des feuillards (60a,60b) ayant chacun une longueur, une hauteur et une épaisseur, suivant respectivement trois directions perpendiculaires entre elles, les feuillards s’étendant suivant une direction d’allongement (Y) commune, circonférentielle par rapport audit axe longitudinal (X) et le long de laquelle les feuillards présentent chacun des créneaux (62) et des redans (64) successifs ayant des faces (56,58) s’étendant parallèlement à ladite direction d’allongement (Y) et s’élevant suivant leur hauteur (H), deux dits feuillards adjacents étant fixés entre eux par des brasures à l’endroit de dites faces (56,58) en regard deux à deux de créneaux (62) et redans (64) respectifs, caractérisé en ce qu’entre certaines au moins desdites faces en regard, les brasures (54) s’étendent sur une partie seulement de la hauteur (H) des feuillards.
2. Dispositif selon la revendication 1, où certaines au moins desdites faces présentent individuellement un décrochement (63) dans la direction de la hauteur (H) du feuillard (60a) qui éloigne localement ladite face de celle en regard du feuillard (60b) adjacent, dans la direction de l’épaisseur (e) des feuillards, lesdites deux faces (56,58) en regard étant brasées ensemble là où elles sont le plus rapprochées l’une de l’autre et dépourvues de brasure là où elles sont le plus éloignées l’une de l’autre (E1).
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, où lesdites deux faces en regard de deux dits feuillards adjacents (60a,60b) fixés ensemble par des brasures (54) sont le plus éloignées l’une de l’autre, dans la direction de l’épaisseur des feuillards, à l’endroit d’une extrémité libre (61b) du revêtement (46), dans la direction de la hauteur (H) de ces feuillards.
4. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes où, dans la direction de l’épaisseur (e) des feuillards (60a,60b), là où elles sont le plus éloignées l’une de l’autre lesdites deux faces en regard (56,58) de deux dits feuillards adjacents fixés ensemble par des brasures (54) sont éloignées l’une de l’autre d’une distance (E1) au moins double de la distance (E2) qui les séparent là où elles sont brasées ensemble.
5. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes où, dans la direction de la hauteur (H) des feuillards, le revêtement présente une extrémité libre (61b) à diriger vers les léchettes (40) de la partie de rotor (8,18,20,22; 35,37) , la partie de la hauteur des feuillards où s’étendent les brasures (54) étant éloignée de cette extrémité libre, de sorte que cette extrémité libre (61b) est dépourvue de brasure.
6. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 3 ou 5, ou des revendications 3 et 4 en combinaison, où, le long de la direction d’allongement (Y) commune suivant laquelle deux dits feuillards adjacents (60a,60b) s’étendent, lesdits feuillards sont continûment éloignés l’un de l’autre, dans la direction de l’épaisseur (e) des feuillards, et dépourvus de brasure (54), à ladite extrémité libre (61b).
7. Procédé de fabrication d’un revêtement abradable (46) pour un dispositif d'étanchéité entre une partie de rotor et une partie de stator d’une turbomachine, le revêtement (46) étant destiné à être fixé à la partie de stator et à coopérer avec des léchettes (40) de la partie de rotor, dans lequel procédé:

- on réalise des feuillards (60a,60b) ayant chacun une longueur, une hauteur et une épaisseur, respectivement suivant trois directions perpendiculaires entre elles, les feuillards s’étendant suivant des directions d’allongement le long desquelles les feuillards présentent chacun des créneaux (62) et des redans (64) successifs ayant des faces (56,58) s’étendant parallèlement à ladite direction d’allongement,

- on dispose les feuillards avec leurs directions d’allongement parallèles et en rapprochant les faces en regard deux à deux des créneaux (62) et redans (64 ) respectifs de deux feuillards adjacents,

- on apporte des brasures (54) à l’endroit desdites faces en regard (56,58) des créneaux (62) et redans (64) respectifs, à une extrémité libre (61a) desdits feuillards dans la direction de hauteur (H) de ces feuillards, caractérisé en ce que, lors de l’étape de réalisation des feuillards, on forme certaines au moins desdites faces (56,58) pour qu’elles présentent individuellement un décrochement (63) dans la direction de la hauteur (H) du feuillard, de sorte que, lors de l’étape de disposition des feuillards, lesdites faces (56,58) en regard des créneaux et redans respectifs soient disposées suffisamment proches l’une de l’autre là où elles sont les plus proches, dans la direction de l’épaisseur (e) des feuillards, afin :

-- que les brasures (54) se répandent sur lesdites faces (56,58), une fois les brasures apportées, et

-- que lesdites faces (56,58) en regard soient suffisamment éloignées l’une de l’autre à l’endroit des décrochements (63), dans la direction de l’épaisseur des feuillards, pour que les brasures (54) en soient absentes, une fois les brasures répandues.
8. Procédé selon la revendication 7 où, dans la direction de l’épaisseur des feuillards (60a,60b), là où elles sont le plus éloignées l’une de l’autre lesdites deux faces en regard (56,58) de deux dits feuillards adjacents fixés ensemble sont éloignées l’une de l’autre d’une distance (E1) au moins double de la distance (E2) qui les séparent là où elles sont brasées ensemble.
9. Feuillard pour le dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, le feuillard (60a,60b) ayant une longueur, une hauteur et une épaisseur, suivant respectivement trois directions perpendiculaires entre elles, le feuillard s’étendant suivant une direction d’allongement le long

5 de laquelle le feuillard présente des créneaux (62) et des redans (64) successifs ayant des faces (56,58) s’étendant parallèlement à ladite direction d’allongement, caractérisé en ce que certaines au moins desdites faces présentent individuellement un décrochement (63) dans la direction de la hauteur du feuillard.
10 10. Feuillard selon la revendication 9, qui présente, dans la direction de sa hauteur, deux extrémités libres opposées (61 a,61 b), et les créneaux (62) et les redans (64) successifs présentent, dans la direction de l’épaisseur du feuillard, une profondeur de déformation du feuillard qui est, à une dite extrémité libre, supérieure à ce qu’elle est à l’extrémité libre

15 opposée.
11. Turbomachine comprenant une partie de rotor et une partie de stator présentant un axe (X) longitudinal commun autour duquel peuvent tourner des aubes (8 ; 18,20,22) mobiles de la partie de rotor, la partie de stator comportant un carter (440), auquel sont fixés circonférentiellement des

20 secteurs d'anneau (47), et des viroles radialement internes (43) d’aubes fixes, les secteurs d'anneau (47) et/ou les viroles radialement internes (43) portant des blocs de matière abradable dont certains au moins définissent individuellement le revêtement abradable (46) du dispositif d'étanchéité selon l’une quelconque des revendications 1 à 6.

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