FR3123702A1 - Systeme d’etancheite hydraulique a alimentation par levre - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne un système d'étanchéité (38) entre des premier et second arbres (34, 36) coaxiaux comportant un dispositif d’étanchéité hydraulique (44) comprenant une cuvette annulaire (46) de section en U portée par le second arbre (36), une lèvre annulaire externe (48) portée par le premier arbre (34) et dont un bord périphérique est logé dans ladite cuvette (46), et un circuit d’alimentation (58) en huile de la lèvre, caractérisé en ce que ledit circuit (58) comprend au moins une canalisation d’huile radiale (64) qui est formée dans la lèvre annulaire (48) et qui débouche sur son bord périphérique (50), et un conduit d’alimentation (66), qui est formé dans le premier arbre (34), et qui communique avec ladite canalisation (64). Figure pour l'abrégé : Figure 4.

Description

SYSTEME D’ETANCHEITE HYDRAULIQUE A ALIMENTATION PAR LEVRE
Domaine technique de l'invention
L‘invention concerne un système d'étanchéité hydraulique entre deux arbres coaxiaux d’une turbomachine d’aéronef. Un tel système d’étanchéité, aussi connu sous le nom de joint à huile, est classiquement destiné à être implanté dans un encombrement restreint entre les deux arbres, en isolant deux chambres d’air adjacentes, afin de créer une étanchéité entre celles-ci.
Arrière-plan technique
Les systèmes d'étanchéité hydraulique sont connus dans le domaine des turbomachines d’aéronef, qu’il s’agisse de turbomachines d’avion ou d’hélicoptère.
Habituellement, un système d'étanchéité hydraulique comporte une lèvre d’étanchéité, portée par un premier arbre, qui est reçue dans une cuvette hydraulique de forme annulaire formant un réceptacle d’huile, portée par une second arbre coaxial. Ces deux éléments sont mis en rotation l’un par rapport à l’autre du fait de la vitesse de rotation relative observée entre les premier et second arbres de turbomachine auxquels ces deux éléments sont solidarisés.
Les documents EP-1045178-B1, EP-2740976-A1, FR-2621970-A1 et la demande FR3068079-B1 décrivent de tels systèmes d’étanchéité.
En fonctionnement, la périphérie de la lèvre baigne dans le fluide d’étanchéité, qui est retenu dans la cuvette par effet centrifuge. Cette coopération forme une barrière d’étanchéité de part et d’autre de la lèvre, et permet de maintenir le différentiel de pression entre les deux chambres d’air séparées par le système d’étanchéité.
Un tel système d’étanchéité hydraulique est généralement agencé au niveau du Système d’Air Secondaire, communément connu sous l’acronyme SAS. Il permet d’éviter à l’air pressurisé de circuler dans l’espace inter-arbres.
Classiquement, la cuvette est alimentée en huile extérieurement par un gicleur.
Cette conception ne permet pas d’optimiser le fonctionnement d’un tel système.
En effet, l’un des points critiques de la mise en œuvre de ce type de système réside dans l’amorce de son étanchéité, au démarrage de la turbomachine. En effet, durant cette phase, la cuvette n’est pas encore suffisamment alimentée en huile. Le flux d’air s’établit en premier et lors de cette phase il peut contrarier l’établissement du joint d’huile entre la lèvre et la cuvette.
Pour remplir la cuvette, la quantité d’huile disponible à ce stade correspond au volume piégé par gravité dans le bas de la cuvette lors de l’arrêt précédent de la turbomachine. Cette quantité doit être suffisante pour que la lèvre, lors de ses premiers tours, entraîne l’huile par effet centrifuge jusqu’à mouiller l’ensemble de sa périphérie, et former ainsi un cordon annulaire d’amorce d’étanchéité s’étendant sur 360° entre la cuvette et la lèvre. Dans le cas où ce volume d’huile piégée s’avère insuffisant pour créer rapidement le cordon annulaire d’amorce d’étanchéité, il existe un risque réel que le dispositif ne soit ensuite plus en mesure d’établir l’étanchéité souhaitée, malgré l’apport ultérieur d’huile. En effet, le différentiel de pression d’air de part et d’autre du système d’étanchéité étant croissant dès la mise en marche de la turbomachine, l’air traversant le système est ainsi susceptible de souffler l’huile injectée, et ce d’autant plus lorsque la pression de ce souffle d’air augmente. Une telle situation empêche l’équilibre de pressions entre les deux chambres d’air de la turbomachine.
D’autre part, dans le type d’architecture ci-dessus, le flux d’air inter-arbres arrive à contre sens du flux d’huile. Or, la faible ouverture du jet d’huile issu du gicleur implique d’avoir un ciblage précis pour récupérer un maximum d’huile dans le joint. Le même problème risque donc de se produire en régime établi.
Pour faire face à ce risque, une solution consiste à procéder à une injection massive d’huile, solution qui n’est pas pertinente car de l'huile risque d’être entrainée par l’air sous pression dans l’espace inter-arbres.
Par conséquent, il existe un besoin d’aboutir à une conception permettant l’approvisionnement rapide en huile de la lèvre, dès le démarrage du moteur, et un maintien de cet approvisionnement en régime établi, cette conception étant adaptée à une étanchéité inter-arbres.
Dans ce but, l’invention propose un système d'étanchéité permettant l’alimentation en huile de la cuvette directement au niveau de la lèvre.
A cet effet l’invention propose un système d'étanchéité entre des premier et second arbres, d’une turbomachine d’aéronef, lesdits arbres tournants l'un autour de l'autre et autour d’un même axe X, le second arbre comportant une portion tubulaire agencée avec jeu autour d’une portion du premier arbre, ledit système comportant en outre un dispositif d’étanchéité hydraulique comprenant :
- une cuvette annulaire portée par la portion du second arbre et ayant en section axiale une forme de U d’ouverture tournée vers l’axe X,
- une lèvre annulaire externe portée par la portion du premier arbre et dont un bord périphérique externe est logé dans ladite cuvette, et
- un circuit d’alimentation en huile de la lèvre,
caractérisé en ce que ledit circuit d’alimentation comprend au moins une canalisation d’huile radiale qui est formée dans la lèvre annulaire et qui débouche sur son bord périphérique , et un conduit d’alimentation, qui est formé dans le premier arbre, et qui communique avec ladite canalisation.
Selon d’autres caractéristiques du système d'étanchéité :
- la cuvette est bipartite et comporte une première bague qui est fixée dans un alésage du second arbre et qui forme une moitié de la cuvette annulaire en U, et une deuxième bague amovible qui est rapportée contre cette bague et immobilisée dans ledit alésage,
- le second arbre comporte un tube principal et un boîtier rapporté à ce tube principal comportant l’alésage, et ledit alésage comporte :
  • un premier tronçon d’extrémité recevant le dispositif d’étanchéité hydraulique,
  • un deuxième tronçon intermédiaire dans lequel fait saillie le tube principal du second arbre et recevant un dispositif d’étanchéité à labyrinthe interposé entre le premier arbre et le tube principal du second arbre, et
  • un troisième tronçon d’extrémité par lequel le boîtier est fixé à l’extérieur du tube principal du second arbre,
- le dispositif d’étanchéité à labyrinthe comporte :
  • une portée d’étanchéité formée à l’intérieur d’une extrémité du tube principal du second arbre,
  • un labyrinthe tubulaire, qui est venu de matière avec la lèvre annulaire, qui s’étend axialement autour du premier arbre et à l’intérieur du tube principal du second arbre au contact de la portée d’étanchéité, et qui est sollicité axialement en butée contre une face d’épaulement du premier arbre,
- le système d’étanchéité comporte un manchon de sollicitation qui est reçu sur le premier arbre et dont une extrémité tronconique s’étend à l’intérieur et au contact d’une portée tronconique complémentaire formée dans la lèvre annulaire, pour solliciter la lèvre annulaire et le labyrinthe tubulaire en butée contre la face d’épaulement du premier arbre,
- le circuit d’alimentation comporte :
  • une première branche du conduit d’alimentation, coaxiale au premier arbre,
  • un seconde branche du conduit d’alimentation, radiale et formée dans le premier arbre, dont une première extrémité communique avec la première branche et dont une seconde extrémité débouche par un premier orifice dans une périphérie du premier arbre qui est entourée par le manchon de sollicitation,
  • une canalisation intermédiaire qui traverse sensiblement radialement le manchon, dont une première extrémité communique avec la seconde extrémité de la seconde branche radiale du conduit d’alimentation et dont une seconde extrémité débouche par un second orifice dans une périphérie du manchon qui est entourée par la lèvre, ledit second orifice communiquant avec la canalisation radiale formée dans la lèvre annulaire,
- le manchon comporte une première gorge annulaire qui s’étend axialement de part et d’autre de l’orifice de la seconde branche du conduit d’alimentation du premier arbre, et dans laquelle débouche la première extrémité de la canalisation intermédiaire,
- le second orifice de la canalisation intermédiaire débouche dans la périphérie de l’extrémité tronconique du manchon,
- la portée tronconique de la lèvre annulaire comporte une gorge annulaire qui s’étend axialement de part et d’autre du second orifice du conduit intermédiaire du manchon et dans laquelle débouche la canalisation radiale de la lèvre,
- le manchon de sollicitation est rappelé élastiquement vers le boîtier par un ressort qui est reçu autour du premier arbre et dans un alésage du manchon de sollicitation contre une face d’épaulement duquel il prend appui,
- la deuxième bague de la cuvette est immobilisée dans le premier tronçon de l’alésage du boîtier par un anneau élastique,
- le boîtier est immobilisé axialement sur le tube principal du second arbre par l’intermédiaire d’un écrou qui est reçu sur une extrémité fileté du tube principal et qui prend appui sur une face de jonction des deuxième et troisième tronçons du boitier.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
La est une vue schématique d’ensemble en coupe d’une turbomachine comportant un système d’étanchéité ;
La est une vue schématique en coupe d’ensemble d’une turbomachine comportant un système d’étanchéité ;
La est une vue schématique en coupe d’un système d’étanchéité selon un état antérieur de la technique ;
La est une vue schématique en coupe de de de détail d’un système d’étanchéité selon l’invention.

Claims (9)

  1. Système d'étanchéité (38) entre des premier et second arbres (34, 36) d'une turbomachine (10) d’aéronef, lesdits arbres (34, 36) tournant l'un autour de l'autre et autour d’un même axe X, le second arbre (36) comportant une portion tubulaire (40) agencée avec jeu autour d’une portion (42) du premier arbre (34), ledit système (38) comportant en outre un dispositif d’étanchéité hydraulique (44) comprenant :
    - une cuvette annulaire (46) portée par la portion (40) du second arbre (36) et ayant en section axiale une forme de U d’ouverture tournée vers l’axe X,
    - une lèvre annulaire externe (48) portée par la portion (42) du premier arbre (34) et dont un bord périphérique externe (50) est logé dans ladite cuvette (46), et
    - un circuit d’alimentation (58) en huile de la lèvre,
    caractérisé en ce que ledit circuit d’alimentation (58) comprend au moins une canalisation d’huile radiale (64) qui est formée dans la lèvre annulaire (48) et qui débouche sur son bord périphérique (50), et un conduit d’alimentation (66) qui est formé dans le premier arbre (34), et qui communique avec ladite canalisation (64).
  2. Système d'étanchéité (38) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la cuvette (46) est bipartite et comporte une première bague (46a) qui est fixée dans un alésage (68) du second arbre (36) et qui forme une moitié de la cuvette annulaire (46) en U, et une deuxième bague (46b) amovible qui est rapportée contre cette bague (46) et immobilisée dans ledit alésage (68).
  3. Système d’étanchéité (38) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le second arbre (36) comporte un tube principal (70) et un boîtier (72) rapporté à ce tube principal (70) comportant l’alésage (68), et en ce que ledit alésage (68) comporte :
    - un premier tronçon d’extrémité (68a) recevant le dispositif d’étanchéité hydraulique (44),
    - un deuxième tronçon intermédiaire (68b) dans lequel fait saillie le tube principal (70) du second arbre (36) et recevant un dispositif d’étanchéité (74) à labyrinthe interposé entre le premier arbre (34) et le tube principal (70) du second arbre (36), et
    - un troisième tronçon d’extrémité (68c) par lequel le boîtier (72) est fixé à l’extérieur du tube principal (70) du second arbre (36).
  4. Système d’étanchéité (38) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le dispositif d’étanchéité à labyrinthe (74) comporte :
    - une portée d’étanchéité (76) formée à l’intérieur d’une extrémité (78) du tube principal (70) du second arbre (36),
    - un labyrinthe tubulaire (80), qui est venu de matière avec la lèvre annulaire (48), qui s’étend axialement autour du premier arbre (34) et à l’intérieur du tube principal (70) du second arbre (36) au contact de la portée d’étanchéité (76), et qui est sollicité axialement en butée contre une face d’épaulement (82) du premier arbre (34),
    - le système d’étanchéité (38) comporte un manchon de sollicitation (84) qui est reçu sur le premier arbre (34) et dont une extrémité tronconique (86) s’étend à l’intérieur et au contact d’une portée tronconique complémentaire (88) formée dans la lèvre annulaire (48), pour solliciter la lèvre annulaire (48) et le labyrinthe tubulaire (80) en butée contre la face d’épaulement (82) du premier arbre (34).
  5. Système d’étanchéité (38) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le circuit d’alimentation (58) comporte :
    - une première branche (92) du conduit d’alimentation (66), coaxiale au premier arbre (34),
    - un seconde branche (94) du conduit d’alimentation (66), radiale et formée dans le premier arbre (34), dont une première extrémité (94a) communique avec la première branche et dont une seconde extrémité (94b) débouche par un premier orifice (94c) dans une périphérie du premier arbre (34) qui est entourée par le manchon de sollicitation (84),
    - une canalisation intermédiaire (90) qui traverse sensiblement radialement le manchon (84), dont une première extrémité (90a) communique avec la seconde extrémité (94b) de la seconde branche radiale (94) du conduit d’alimentation (66) et dont une seconde extrémité (90b) débouche par un second orifice (90c) dans une périphérie (86) du manchon (84) qui est entourée par la lèvre (48), ledit second orifice (90c) communiquant avec la canalisation radiale (64) formée dans la lèvre annulaire (48).
  6. Système d’étanchéité (38) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le manchon (84) comporte un première gorge annulaire (96) qui s’étend axialement de part et d’autre de l’orifice (94c) de la seconde branche (94) du conduit d’alimentation (66) du premier arbre (34), et dans laquelle débouche la première extrémité (90a) de la canalisation intermédiaire (90).
  7. Système d’étanchéité (38) selon l’une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que le second orifice (90c) de la canalisation intermédiaire (90) débouche dans la périphérie de l’extrémité tronconique (86) du manchon (84).
  8. Système d’étanchéité (38) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la portée tronconique (88) de la lèvre annulaire (48) comporte une gorge annulaire (98) qui s’étend axialement de part et d’autre du second orifice (90c) du conduit intermédiaire (90) du manchon (84) et dans laquelle débouche la canalisation radiale (64) de la lèvre (48).
  9. Système d’étanchéité (38) selon l’une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que le manchon de sollicitation (84) est rappelé élastiquement vers le boîtier (72) par un ressort (100) qui est reçu autour du premier arbre (34) et dans un alésage (102) du manchon de sollicitation (84) contre une face d’épaulement (104) duquel il prend appui.
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