FR3141227A1 - Raccord rotulaire pour tuyauterie d’un moteur, tuyauterie et aéronef associés. - Google Patents
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Abstract
Ce raccord rotulaire (12) pour tuyauterie (6) d’un moteur (4) est destiné à relier entre elles une première et une deuxième conduites d’écoulement (8, 10) d’un fluide et étant muni d’une enveloppe annulaire (14) comprenant un élément interne (30) destiné à être monté sur la première conduite d’écoulement (8) et un élément externe (34) destiné à être monté sur la deuxième conduite d’écoulement (10), d’un palier annulaire (18) disposé transversalement entre l’élément interne (30) et l’élément externe (34) de manière à être en contact avec l’élément interne (30) et l’élément externe (34), le raccord rotulaire (12) comprenant un soufflet métallique (16) muni d’une première extrémité (22) fixée à l’élément interne (30) et d’une deuxième extrémité (26) opposée à la première extrémité (22) et fixée à l’élément externe (34), le soufflet (16) comprenant un empilement d’au moins trois couches métalliques (20). Figure pour l’abrégé : Fig 2
Description
La présente invention concerne un raccord rotulaire pour tuyauterie d’un moteur, notamment d’un moteur d’aéronef.
Les raccords rotulaires, ou joints articulés, sont destinés à relier entre elles, de manière étanche, deux conduites d’écoulement d’un fluide en permettant un mouvement relatif entre les deux conduites d’écoulement, par exemple un mouvement de flexion.
De tels raccords sont nécessaires pour la tuyauterie des moteurs afin de diminuer l’encombrement en zone moteur, les raccords rotulaires devant résister à des contraintes de températures, vibratoires et de pressions élevées, par exemple des températures comprises entre 400 et 700 °C, une fréquence de vibrations allant jusqu’à 2000 Hz, une accélération allant jusqu’à trente fois l’accélération de la pesanteur à la surface de la terre, ou 30g, et pouvant atteindre jusqu’à 100g en conditions de résonance et des pressions comprises entre 5 et 30 bars pour le moteur d’un aéronef.
Un raccord rotulaire comprend par exemple un embout femelle présentant une extrémité sensiblement sphérique, un embout mâle reçu dans l’embout femelle et présentant un épaulement au voisinage de son extrémité, une bague enfilée sur l’embout mâle, dont la face extérieure est sensiblement sphérique, et un soufflet interposé entre l’embout femelle et l’embout mâle pour solliciter l’épaulement en appui contre la bague de sorte que la face extérieure de la bague se trouve en appui glissant contre la face intérieure de l'extrémité sensiblement sphérique de l’embout femelle.
Les raccords rotulaires existant ne permettent pas de résister efficacement aux contraintes en zone moteur, notamment aux fortes variations de températures et aux vibrations du moteur. En particulier, de tels raccords sont flexibles, mais ne permettent pas un amortissement suffisamment important face aux régimes thermiques et vibratoires du moteur.
Le soufflet est un élément élastique de poussée permettant le retour vers une position du raccord rotulaire dans laquelle les deux conduites d’écoulement sont alignées. Le soufflet est généralement composé d’un matériau flexible n’ayant pas de propriétés d’amortissement intrinsèque.
La bague joue uniquement un rôle de guidage et ne permet pas d’améliorer la résistance aux vibrations du raccord rotulaire. La bague, située proche des conduites d’écoulement, est sensible à la température du fluide circulant dans les conduites d’écoulements. Cette situation peut conduire à une détérioration précoce de la bague.
La présente invention a pour objectif de pallier tout ou partie des inconvénients précités.
La présente invention a pour objet un raccord rotulaire pour tuyauterie d’un moteur, le raccord étant destiné à relier entre elles une première et une deuxième conduites d’écoulement d’un fluide et étant muni d’une enveloppe annulaire comprenant un élément interne destiné à être monté sur la première conduite d’écoulement et un élément externe destiné à être monté sur la deuxième conduite d’écoulement, d’un palier annulaire disposé transversalement entre l’élément interne et l’élément externe de manière à être en contact avec l’élément interne et l’élément externe, le raccord rotulaire comprenant un soufflet métallique muni d’une première extrémité fixée à l’élément interne et d’une deuxième extrémité opposée à la première extrémité et fixée à l’élément externe, le soufflet comprenant un empilement d’au moins trois couches métalliques.
Ainsi, la présente invention permet une liaison étanche entre les deux conduites, les au moins trois couches métalliques du soufflet ayant un effet particulièrement amortissant lors de vibrations du moteur. Le frottement entre les au moins trois couches métalliques du soufflet génère de l’amortissement, l’augmentation du nombre de couches métalliques du soufflet permettant notamment d’augmenter cet amortissement.
Avantageusement, l’élément interne s’étend longitudinalement en regard du soufflet.
Optionnellement, le soufflet comprend au moins trois convolutions, l’élément interne s’étendant longitudinalement en regard d’au moins deux convolutions.
Dans un mode de réalisation, la surface extérieure de l’élément interne destinée à être en contact avec le palier annulaire est convexe, le palier annulaire comprenant une surface intérieure concave en appui glissant contre ladite surface extérieure.
Avantageusement, ladite surface extérieure comprend du PTFE et/ou du graphite et/ou un matériau céramique.
Optionnellement, l’élément externe comprend un épaulement, le palier annulaire étant en appui contre ledit épaulement.
Dans un mode de réalisation, le palier annulaire comprend un matériau friable.
Optionnellement, le palier annulaire est situé radialement à l’extérieur du soufflet lorsque les première et deuxième conduites d’écoulement sont longitudinalement alignées.
Avantageusement, lequel le matériau friable comprend du graphite.
L’invention a également pour objet une tuyauterie comprenant une première et une deuxième conduites d’écoulement d’un fluide, la tuyauterie comprenant un raccord rotulaire tel que défini précédemment, l’élément interne étant monté sur la première conduite d’écoulement et l’élément externe étant monté sur la deuxième conduite d’écoulement de manière à joindre les première et deuxième conduites d’écoulement.
L’invention a également pour objet un aéronef comprenant un raccord rotulaire tel que défini précédemment et/ou une tuyauterie telle que définie précédemment.
D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
La représente schématiquement un aéronef 2 comprenant un moteur 4. Le moteur 4 comprend une tuyauterie 6 comprenant une première conduite d’écoulement 8, une deuxième conduite d’écoulement 10 et un raccord rotulaire 12. Les première et deuxième conduites d’écoulement 8, 10 sont reliées entre elles de manière étanche par le raccord rotulaire 12. Le raccord rotulaire 12 permet un mouvement relatif entre les première et deuxième conduites d’écoulement 8, 10, par exemple un mouvement de flexion, permettant notamment de résister aux conditions et vibrations en zone moteur 4, ainsi que permettant un encombrement moindre dans la zone moteur 4 et donc une masse réduite de l’aéronef 2. Le raccord rotulaire 12 permet également de réduire des contraintes induites par des jeux de montage entre les première et deuxième conduites d’écoulement 8, 10 ou par des dilatations thermiques des composants du moteur 4 survenant lors du fonctionnement du moteur 4.
La représente schématiquement une vue détaillée du raccord rotulaire 12 reliant les première et deuxième conduites d’écoulement 8, 10, les première et deuxième conduites d’écoulement 8, 10 s’étendant longitudinalement selon l’axe longitudinal L. Le raccord rotulaire 12 comprend une enveloppe annulaire 14, un soufflet métallique 16 et un palier annulaire 18.
Le soufflet métallique 16 est généralement annulaire. Le matériau composant le soufflet comprend un empilement d’au moins trois couches métalliques 20, préférentiellement cinq, le soufflet 16 étant ici représenté comme comprenant un empilement de cinq couches métalliques 20.
Le soufflet 16 comprenant au moins trois couches métalliques 20 obtient une fonction d’amortissement notamment par friction entre couches métalliques 20 adjacentes. Le nombre de couches métalliques 20 permet également d’augmenter la durée de vie du soufflet 16, par exemple un soufflet 16 comprenant cinq couches métalliques 20 aura une durée de vie dix fois supérieure à un soufflet 16 comprenant quatre couches métalliques 20, un soufflet 16 comprenant cinq couches métalliques 20 entrant plus difficilement en résonance qu’un soufflet comprenant quatre couches métalliques 20.
De préférence, les couches métalliques 20 du soufflet 16 sont mobiles les unes par rapport aux autres. Cette caractéristique permet de générer un fort effet amortissant à partir du frottement entre les couches métalliques 20.
Une couche métallique 20 du soufflet 16 comprend par exemple une plaque métallique de faible épaisseur découpée, roulée et soudée longitudinalement pour former une virole. Les différentes couches métalliques 20 du soufflet 16 sont par exemple réalisées sous la forme de viroles concentriques de manière à obtenir un tube composé de plusieurs couches métalliques 20 faiblement espacées entre elles, c’est-à-dire espacées entre elles d’une distance nulle ou négligeable. Un procédé d’hydroformage permet alors de créer au moins une convolution 21 dans ledit tube pour former le soufflet 16.
Une première extrémité 22 du soufflet 16 est montée sur la première conduite d’écoulement 8. Par exemple, la première extrémité 22 est soudée, emboutie ou usinée pour être solidaire de manière étanche avec une extrémité 24 de la première conduite d’écoulement 8.
Une deuxième extrémité 26 du soufflet 16, opposée à la première extrémité 22, est montée sur la deuxième conduite d’écoulement 10. Par exemple, la deuxième extrémité 26 est soudée, emboutie ou usinée pour être solidaire de manière étanche avec une extrémité 28 de la deuxième conduite d’écoulement 10.
L’enveloppe annulaire 14 comprend un élément interne 30 comprenant une portion de montage 32 soudée, emboutie ou usinée pour être solidaire de manière étanche avec la première extrémité 22 du soufflet 16.
L’enveloppe annulaire 14 comprend également un élément externe 34 comprenant une portion de montage 36 soudée, emboutie ou usinée pour être solidaire de manière étanche avec la deuxième extrémité 26 du soufflet 16.
De préférence, le soufflet 16 comprend plusieurs convolutions 21, le soufflet 16 représenté comprenant par exemple cinq convolutions 21. L’élément interne 30 comprend un épaulement 40 en appui contre la convolution 21 du soufflet 16 la plus proche de la première extrémité 22 du soufflet 16. L’élément externe 34 comprend un épaulement 42 en appui contre la convolution 21 du soufflet 16 la plus proche de la deuxième extrémité 26 du soufflet 16. Cette conformation permet au soufflet 16 d’exercer un effort de poussée sur les éléments interne et externe 30, 34 de manière à reprendre des efforts de compression tendant à rapprocher ou éloigner les première et deuxième conduites d’écoulement 8, 10.
L’élément interne 30 comprend une portion allongée 44 prolongeant la portion de montage 32 de l’élément interne 30 et s’étendant longitudinalement en regard du soufflet 16. Le palier annulaire 18 est enfilé autour de l’élément interne 30. Une surface intérieure 46 du palier annulaire 18 est en contact avec la portion allongée 44 de l’élément interne 30.
L’élément externe 34 comprend une portion courbée 48 prolongeant la portion de montage 36 de l’élément externe 34 de manière à partiellement entourer longitudinalement la portion allongée 44. Le palier annulaire 18 comprend une surface extérieure 50, opposée à la surface intérieure 46, en contact avec la portion courbée 48. En outre, la portion courbée 48 forme un épaulement en appui sur la surface extérieure 50 complémentaire du palier annulaire 18.
Avantageusement, la surface extérieure de l’élément interne 30 destinée à être en contact avec le palier annulaire 18 est convexe, la surface intérieure 46 du palier annulaire 18 étant concave. Ainsi, le palier annulaire 18 est en contact glissant avec l’élément interne 30, les mouvements relatifs entre les première et deuxième conduites d’écoulement 8, 10 étant facilités. Avantageusement, la surface extérieure de l’élément interne 30 destinée à être en contact avec le palier annulaire 18 et la surface intérieure 46 du palier annulaire 18 sont complémentaires et notamment réalisées sous la forme de portions de sphère de manière à permettre un mouvement de flexion de l’élément interne 30 à l’intérieur de l’élément externe 34, le mouvement de flexion correspondant par exemple à une rotation de l’élément interne 30 autour de l’axe radial R.
De préférence, la surface extérieure de la portion allongée 44 destinée à être en contact avec le palier annulaire 18 forme un épaulement garantissant la retenue longitudinale et radiale du palier annulaire 18 par rapport à l’élément externe 34.
La portion allongée 44 comprend par exemple du PTFE et/ou du graphite et/ou un matériau céramique, par exemple la surface extérieure de la portion allongée 44 destinée à être en contact avec le palier annulaire 18 est recouverte de PTFE ou de graphite ou du matériau céramique de manière à faciliter les mouvements relatifs entre les première et deuxième conduite d’écoulement du fluide 8, 10. Avantageusement, le matériau sur la surface extérieure de la portion allongée 44 participe également à une fonction d’amortissement du mouvement relatif entre les première et deuxième conduites d’écoulement 8, 10.
Avantageusement, la portion allongée 44 de l’élément interne 30 s’étend longitudinalement en regard de plusieurs convolutions 21. Il est ainsi possible d’utiliser un palier annulaire 18 ayant une surface intérieure 46 de grande dimension de manière à augmenter la surface de contact entre le palier annulaire 18 et l’élément interne 30.
De préférence, le palier annulaire 18 comprend un matériau friable, par exemple le palier annulaire 18 est composé ou recouvert du matériau friable. Le matériau friable comprend par exemple du graphite.
Le matériau friable libère des particules du matériau friable lors du frottement du palier annulaire 18 avec la portion allongée 44 de manière à former une couche de lubrifiant solide 52. Le matériau friable participe au caractère amortissant du raccord rotulaire 12.
Dans un mode de réalisation, le palier annulaire 18 est formé de graphite et est obtenu par frittage. En variante, le palier annulaire 18 est formé par un procédé équivalent de métallurgie des poudres.
Avantageusement, l’élément interne 30 comprend une portion de calage 54 interposée entre la portion de montage 32 de l’élément interne 30 et la portion allongée 44, de manière à éloigner le palier annulaire 18 du fluide circulant dans les première et deuxième conduites d’écoulement 8, 10.
L’éloignement du palier annulaire 18 des première et deuxième conduites d’écoulement du fluide 8, 10 permet de diminuer l’effet de la température du fluide sur le palier annulaire 18 et notamment d’augmenter la résistance du palier annulaire 18 à l’oxydation, la chaleur étant un catalyseur des réactions d’oxydation. L’éloignement du palier annulaire 18 permet d’augmenter la durée de vie du palier annulaire 18.
De préférence, la portion de calage 54 s’étend radialement vers l’extérieur depuis la portion de montage 32 de l’élément interne 30 de sorte qu’une extrémité 56 de la portion de calage 54 est située radialement à l’extérieur du soufflet 16 lorsque les première et deuxième conduites d’écoulement 8, 10 sont longitudinalement alignées, le palier annulaire 18 en contact avec la surface extérieure de l’élément interne 30 étant ainsi situé radialement à l’extérieur du soufflet 16. Autrement dit, le diamètre interne minimum du palier annulaire 18 est supérieur à la dimension radiale du soufflet 16 mesurée lorsque les première et deuxième conduites d’écoulement 8, 10 ne subissent pas de flexion.
Claims (10)
- Raccord rotulaire (12) pour tuyauterie (6) d’un moteur (4), le raccord (12) étant destiné à relier entre elles une première et une deuxième conduites d’écoulement (8, 10) d’un fluide et étant muni d’une enveloppe annulaire (14) comprenant un élément interne (30) destiné à être monté sur la première conduite d’écoulement (8) et un élément externe (34) destiné à être monté sur la deuxième conduite d’écoulement (10), d’un palier annulaire (18) disposé transversalement entre l’élément interne (30) et l’élément externe (34) de manière à être en contact avec l’élément interne (30) et l’élément externe (34), caractérisé en ce qu’il comprend un soufflet métallique (16) muni d’une première extrémité (22) fixée à l’élément interne (30) et d’une deuxième extrémité (26) opposée à la première extrémité (22) et fixée à l’élément externe (34), le soufflet (16) comprenant un empilement d’au moins trois couches métalliques (20).
- Raccord rotulaire (12) selon la revendication 1, dans lequel l’élément interne (30) s’étend longitudinalement en regard du soufflet (16).
- Raccord rotulaire (12) selon la revendication 2, dans lequel le soufflet (16) comprend au moins trois convolutions (21), l’élément interne (30) s’étendant longitudinalement en regard d’au moins deux convolutions (21).
- Raccord rotulaire (12) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la surface extérieure de l’élément interne (30) destinée à être en contact avec le palier annulaire (18) est convexe, le palier annulaire (18) comprenant une surface intérieure (46) concave en appui glissant contre ladite surface extérieure.
- Raccord rotulaire (12) selon la revendication 4, dans lequel ladite surface extérieure comprend du PTFE et/ou du graphite et/ou un matériau céramique.
- Raccord rotulaire (12) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l’élément externe (34) comprend un épaulement (48), le palier annulaire (18) étant en appui contre ledit épaulement (48).
- Raccord rotulaire (12) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le palier annulaire (18) comprend un matériau friable, le matériau friable comprenant notamment du graphite.
- Raccord rotulaire (12) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le palier annulaire (18) est situé radialement à l’extérieur du soufflet (16) lorsque les première et deuxième conduites d’écoulement (8, 10) sont longitudinalement alignées.
- Tuyauterie (6) comprenant une première et une deuxième conduites d’écoulement (8, 10) d’un fluide, caractérisé en ce qu’elle comprend un raccord rotulaire (12) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, l’élément interne (30) étant monté sur la première conduite d’écoulement (8) et l’élément externe (34) étant monté sur la deuxième conduite d’écoulement (10) de manière à joindre les première et deuxième conduites d’écoulement (8, 10).
- Aéronef caractérisé en ce qu’il comprend un raccord rotulaire (12) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8 et/ou une tuyauterie (6) selon la revendication 9.
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