WO2020208224A1 - Joint d'etancheite a labyrinthe comportant un element abradable a densite variable de cellules - Google Patents

Joint d'etancheite a labyrinthe comportant un element abradable a densite variable de cellules Download PDF

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WO2020208224A1
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cells
wiper
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abradable
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PCT/EP2020/060312
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Clément Raphaël LAROCHE
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Safran Aircraft Engines
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Definitions

  • the wipers 5 are carried by a rotor element 1 of the turbomachine 10, which rotates around an axial direction A within a stator element 3 and are surrounded by abradable elements 7 such as blocks or a coating of abradable material carried by this stator element 3.
  • the abradable elements 7 are intended to protect the wipers 5 from the risks of wear by contact with the stator element 3 which surrounds them . Contact with the abradable elements 7 can be avoided or, on the contrary, sought after, for example to optimize the radial clearances J around the wipers.
  • the types of abradable elements 7 and wipers 5 can be adapted accordingly.
  • the wiper and the abradable element placed opposite each other are annular pieces of the same axial direction, denoted A in Figure 1.
  • the wiper extends radially towards the abradable element.
  • the radial end of the wiper that faces the abradable member has the function of disturbing the flow of gas which attempts to flow between the upstream to downstream rotor and stator elements. This creates turbulence in the gas flow which generates pressure drops and thus improves the seal of the joint.
  • the abradable element 27 has a cylindrical shape around the axial direction A.
  • the abradable element 27 may comprise a plurality of cells 20 which extend in a substantially radial direction.
  • the cells 20 have walls 22 and are arranged adjacent to one another along the axial direction A and an ortho-radial direction O. The presence of the cells 20 contributes to creating turbulence in the gas flow.
  • Figure 4 shows an axial section of an abradable element 47 and a wiper 41 located opposite.
  • the abradable element and the wiper 41 have the function of disturbing the flow of gas 43 which attempts to flow between the abradable element 47 and the wiper 41 upstream. downstream, i.e. from left to right in the drawing.
  • the end 45 of the wiper 41 creates turbulence in the gas flow which generates pressure drops and thus improves the seal of the joint.
  • the gas flow 43 is disturbed upstream of the wiper 41 the gas flow passing inside a cell 40 of the abradable element 47 along the walls 42 of a cell 40, then downstream of the wiper 41 following the sudden increase in the passage section after crossing the wiper.
  • the temperatures reached in operation can force wipers to be made from materials offering particularly high thermal resistance.
  • FIG. 3b represents an abradable element 37b of annular shape, which as previously has been cut axially at a particular angle then opened and laid flat.
  • the abradable element 37b comprises cells 30b disposed adjacent to each other along the direction DA of the axis of rotation A and an ortho-radial direction O.
  • the wiper 35b rotates inside the element.
  • the dotted line 39b represents the position of the points located at the outer radial end of the wiper 35b located in front of the abradable element 37b. In this situation, the dotted line 39b does not exactly follow an orthoradial direction and has a corrugation in the axial direction whose bellies 33 are indicated in FIG. 3b.
  • the present invention provides an improvement in the tightness of the joint in the situation where the shape of the outer radial end of the wiper has an axial corrugation and a non-zero axial extent associated with this corrugation.
  • the labyrinth seal may have one of the following characteristics or one of the possible combinations of these characteristics:
  • At least one densified annular zone has an axial extent of between 40% and 100% of the axial extent of the outer radial end of the wiper;
  • the manufacture of the abradable element comprises the manufacture of cells having the shape of a honeycomb
  • FIG. 5 shows an abradable element 57 open and flattened and the position of the end of a facing wiper symbolized by the dotted line 59.
  • the dotted line 59 does not follow an orthoradial direction and has a corrugation.
  • the outer radial end of the wiper has gaps in the shape of a regular circle. The deviation from the shape of a regular circle can be characterized by the axial extent Es of the outer radial end of the wiper which is the projection of line 59 in direction D A.
  • a labyrinth seal 10 for a turbomachine, in particular an aircraft comprising a rotor element 1 and a stator element 3 extending around the engine.
  • rotor element 1 the rotor element 1 being adapted to rotate relative to the stator element 3 about an axis of rotation A
  • the rotor element comprising an annular wiper 5 having an outer radial end extending towards an abradable element 7, 57 carried by the stator element 3, the outer radial end of the annular wiper having a corrugation in the axial direction and a non-zero axial extent Es associated with the corrugation
  • the abradable element comprising a plurality of cells 20, 50a, 50b disposed adjacent to each other along the direction DA of the axis of rotation A and a ortho-radial direction O
  • the cells 20, 50a, 50b comprising walls 22 which extend in an essentially radial direction R
  • the cells 20, 50a, 50b being distributed according to a first density of
  • the walls 22 of the cells of the abradable element extend in an essentially radial direction meaning that the wall or walls 22 participating in the definition of a cell is a surface which has a direction of elongation which is close to the radial direction.
  • a direction close to another direction here means that the angle separating the two directions is less than 2 degrees.
  • an abradable element of a labyrinth seal as presented previously and in which, moreover, the cells 60a, 60b are further distributed according to respectively a second density and a third density of cells in respectively a second densified annular zone I bi and a third densified annular zone Z ⁇ 3 of the abradable element, each of the first, second and third densified annular zones Z M , li, T- bi being adapted to be located opposite of the radial end of the wiper during different flight phases of the aircraft, the second density and the third density each being greater than the reference density.
  • the turbomachine is stressed to a greater or lesser extent so that the temperature and the expansion of the parts change within the turbomachine.
  • the temperature is lower in the cold phase, that is to say when the turbomachine is started, than in the cruising phase, that is to say when the turbomachine is in speed which allows flight.
  • the temperature is lower in the cruising phase than in the climb phase, that is to say when the turbomachine is in speed which allows take-off.
  • the position of the wiper relative to the abradable element in the direction D A of the axis A of rotation changes according to the phase of flight.
  • Three axial positions in cold, cruise and climb of the wiper relative to the abradable element can be identified for each of the cold flight, cruise and climb phases, the axial cruise position being between the other two cold and climb axial positions.
  • zone Z72 the cells 70c have a shape given by the intersection of a periodic array of wavy lines.
  • the manufacture of the abradable element may further comprise the manufacture respectively of a second densified annular zone and of a third densified annular zone of the abradable element, the cells being distributed according to respectively a second density and a third density of cells. , each of the first, second and third densified annular zones being situated opposite the outer radial end of the wiper during different flight phases of the aircraft, the second density and the third density each being greater than the density of reference.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

La présente invention concerne un joint d'étanchéité à labyrinthe pour une turbomachine, en particulier d'aéronef, comportant un élément de rotor et un élément de stator s'étendant autour de l'élément de rotor, l'élément de rotor étant adapté pour tourner par rapport à l'élément de stator autour d'un axe de rotation de direction axiale (DA), l'élément de rotor comportant une léchette annulaire présentant une extrémité radiale extérieure s'étendant vers un élément abradable (57) porté par l'élément de stator, l'extrémité radiale extérieure de la léchette annulaire présentant une ondulation selon la direction axiale (DA) et une étendue axiale (E5) non nulle associée à l'ondulation, l'élément abradable (57) comportant une pluralité de cellules (50a, 50b) disposées adjacentes les unes aux autres le long de la direction axiale (DA) et d'une direction ortho-radiale (O), les cellules (50a, 50b) comprenant des parois qui s'étendent dans une direction essentiellement radiale, les cellules étant réparties selon une première densité de cellules dans une première zone annulaire densifiée (Z51) de l'élément abradable, ladite zone annulaire densifiée (Z51) étant située en regard de l'extrémité radiale de la léchette, ladite zone annulaire densifiée présentant une étendue axiale inférieure ou égale à l'étendue axiale de l'extrémité radiale extérieure de la léchette, les cellules étant réparties selon une densité de référence de cellules en dehors de ladite première zone, la première densité étant supérieure à la densité de référence.

Description

DESCRIPTION
JOINT D’ETANCHEITE A LABYRINTHE COMPORTANT UN ELEMENT
ABRADABLE A DENSITE VARIABLE DE CELLULES
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne un joint d’étanchéité à labyrinthe pour une turbomachine, en particulier d’aéronef.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Il est connu d’équiper une turbomachine de joints d’étanchéité à labyrinthe qui sont des joints d’étanchéité dynamique dont l’étanchéité est assurée par une ou plusieurs léchettes tournantes. Comme cela est représenté à la figure 1 , les léchettes 5 sont portées par un élément de rotor 1 de la turbomachine 10, qui tourne autour d’une direction axiale A à l’intérieur d’un élément de stator 3 et sont entourées par des éléments abradables 7 tels que des blocs ou un revêtement de matière abradable portés par cet élément de stator 3. Les éléments abradables 7 ont pour but de protéger les léchettes 5 des risques d’usure par contact avec l’élément de stator 3 qui les entoure. Les contacts avec les éléments abradables 7 peuvent être évités ou au contraire recherchés par exemple pour optimiser les jeux radiaux J autour des léchettes. Les types d’éléments abradables 7 et de léchettes 5 peuvent être adaptés en conséquence.
Cette technologie peut être utilisée pour assurer une étanchéité aux sommets des aubes d’une roue de rotor, ces aubes portant des léchettes annulaires, éventuellement sectorisées, qui sont entourées par des éléments abradables portés par un carter de stator (voir notamment FR-A1 - 3 001 759). Elle peut également être utilisée pour assurer une étanchéité entre une portion d’arbre ou de tourillon et un stator de la turbomachine. Le nombre et les dimensions des léchettes sont notamment fonction de l’espace radial disponible entre les éléments à étanchéifier.
La léchette et l’élément abradable placés en regard l’un de l’autre sont des pièces annulaires de même direction axiale, notée A sur la figure 1. La léchette s’étend radialement vers l’élément abradable. En fonctionnement, l’extrémité radiale de la léchette qui fait face à l’élément abradable a pour fonction de perturber le flux de gaz qui tente de s’écouler entre les éléments de rotor et de stator de l’amont vers l’aval. Cela crée des turbulences dans le flux de gaz qui génèrent des pertes de charge et améliorent ainsi l’étanchéité du joint.
Comme représenté sur la figure 2, l’élément abradable 27 présente une forme cylindrique autour de la direction axiale A. L’élément abradable 27 peut comprendre une pluralité de cellules 20 qui s’étendent dans une direction sensiblement radiale. Les cellules 20 présentent des parois 22 et sont disposées adjacentes les unes aux autres le long de la direction axiale A et d'une direction ortho-radiale O. La présence des cellules 20 participe à créer des turbulences dans le flux de gaz.
En particulier les cellules peuvent avoir une forme en nid d'abeille.
La figure 4 représente une coupe axiale d’un élément abradable 47 et d’une léchette 41 située en regard. En fonctionnement, comme cela est représenté à la figure 4, l’élément abradable et la léchette 41 ont pour fonction de perturber le flux de gaz 43 qui tente de s’écouler entre l’élément abradable 47 et la léchette 41 de l’amont vers l’aval, c'est-à-dire de la gauche vers la droite dans le dessin. L’extrémité 45 de la léchette 41 crée des turbulences dans le flux de gaz qui génèrent des pertes de charge et améliorent ainsi l’étanchéité du joint. Au niveau de chaque léchette 41 à franchir, le flux de gaz 43 est perturbé en amont de la léchette 41 le flux de gaz passant à l’intérieur d’une cellule 40 de l’élément abradable 47 en longeant les parois 42 d’une cellule 40, puis en aval de la léchette 41 suite à l’augmentation brusque de la section de passage après la traversée de la léchette. Une zone 44 située au bord de la cellule de l’élément abradable et faisant face à l’extrémité 45 de la léchette correspond à une zone où l’air est perturbé et ne permet pas un écoulement normal et total de l’air n’entrant pas dans les cellules 40 jusqu’au côté aval de la léchette 41.
La figure 3a représente un élément abradable 37a de forme annulaire dans la situation où l’anneau a été coupé axialement à un angle particulier puis ouvert et mis à plat. L’élément abradable 37a comprend des cellules 30a disposées adjacentes les unes aux autres le long de la direction DA de l’axe de rotation A et d'une direction ortho-radiale O. La léchette 35a représentée dans une vue en perspective tourne à l’intérieur de l’élément abradable 37a. La ligne en pointillés 39a représente la position des points situés à l’extrémité de la léchette 35a située en face de l’élément abradable 37a. Dans cette situation, la ligne en pointillés 39a suit une direction orthoradiale, ce qui signifie que l’extrémité de la léchette 37a présente la forme d’un cercle régulier, telle que représentée sur la léchette 35a dans la vue en perspective.
Pour certains types de turboréacteurs, les températures atteintes en fonctionnement peuvent contraindre à réaliser des léchettes dans des matériaux offrant une tenue thermique particulièrement importante.
Ces matériaux peuvent présenter par ailleurs une souplesse mécanique importante au point que la léchette fabriquée ne présente pas une tenue mécanique satisfaisante. En particulier, la forme de l’extrémité radiale de la léchette destinée à être placée en regard de l’élément abradable peut présenter des irrégularités et sa forme peut s’écarter de la forme d’un cercle régulier.
Cette situation a été représentée sur la figure 3b qui représente un élément abradable 37b de forme annulaire, qui comme précédemment a été coupé axialement à un angle particulier puis ouvert et mis à plat. L’élément abradable 37b comprend des cellules 30b disposées adjacentes les unes aux autres le long de la direction DA de l’axe de rotation A et d'une direction ortho-radiale O. La léchette 35b tourne à l’intérieur de l’élément abradable 37b. La ligne en pointillés 39b représente la position des points situés à l’extrémité radiale extérieure de la léchette 35b située en face de l’élément abradable 37b. Dans cette situation, la ligne en pointillés 39b ne suit pas exactement une direction orthoradiale et présente une ondulation selon la direction axiale dont les ventres 33 sont indiqués sur la figure 3b. Cela est dû au fait que les points formant l’extrémité radiale extérieure de la léchette n’ont pas la même position selon la direction axiale. Ils sont répartis dans la direction axiale selon l’ondulation de la ligne en pointillés 39b. Cette situation est nommée dans le reste du texte par une ondulation axiale de l’extrémité radiale extérieure de la léchette 37b. Les ventres 31 de cette ondulation axiale de l’extrémité radiale extérieure sont indiqués sur la figure 3b.
Dans cette situation, la forme de l’extrémité radiale extérieure s’écarte de la forme d’un cercle régulier et l’étanchéité du joint est dégradée.
Il est possible de caractériser l’ondulation ou l’écart à la forme d’un cercle régulier par l’étendue axiale E3 de l’extrémité radiale extérieure de la léchette, associée à l’ondulation selon la direction axiale l’extrémité de la léchette. Cette étendue axiale E3 peut être calculée comme la longueur selon l’axe de rotation de la turbomachine de l’ondulation, ou de manière équivalente comme la projection de la ligne 39b sur la direction DA de l’axe de rotation A. Un tolérancement peut être associé à cette étendue axiale de sorte que lors de la fabrication d’une léchette, l’étendue axiale de l’extrémité radiale extérieure de la léchette est inférieure au tolérancement.
La présente invention propose une amélioration de l’étanchéité du joint dans la situation où la forme de l’extrémité radiale extérieure de la léchette présente une ondulation axiale et une étendue axiale non nulle associée à cette ondulation.
EXPOSE DE L'INVENTION
Un but de l’invention est d’améliorer l’étanchéité du joint dans la situation où la forme de l’extrémité radiale de la léchette présente une ondulation et une étendue axiale non nulle associée à cette ondulation. Un autre but de l’invention est d’obtenir une amélioration de l’étanchéité du joint quelle que soit la phase de vol de l’appareil, dans la situation où la forme de l’extrémité radiale de la léchette présente une ondulation et une étendue axiale non nulle associée à cette ondulation.
Il est à cet effet proposé, selon un premier aspect de l’invention un joint d’étanchéité à labyrinthe pour une turbomachine, en particulier d’aéronef, comportant un élément de rotor et un élément de stator s’étendant autour de l’élément de rotor, l’élément de rotor étant adapté pour tourner par rapport à l’élément de stator autour d’un axe de rotation selon une direction axiale, l’élément de rotor comportant une léchette annulaire présentant une extrémité radiale extérieure s’étendant vers un élément abradable porté par l’élément de stator, l’extrémité radiale extérieure de la léchette annulaire présentant une ondulation selon la direction axiale et une étendue axiale non nulle associée à l’ondulation, l’élément abradable comportant une pluralité de cellules disposées adjacentes les unes aux autres le long de la direction axiale et d'une direction ortho-radiale, les cellules comprenant des parois qui s’étendent dans une direction essentiellement radiale, les cellules étant réparties selon une première densité de cellules dans une première zone annulaire densifiée de l’élément abradable, ladite zone annulaire densifiée étant située en regard de l’extrémité radiale de la léchette, ladite zone annulaire densifiée présentant une étendue axiale inférieure ou égale à l’étendue axiale de l’extrémité radiale extérieure de la léchette, les cellules étant réparties selon une densité de référence de cellules en dehors de ladite première zone, la première densité étant supérieure à la densité de référence.
Avantageusement, mais facultativement, le joint d’étanchéité à labyrinthe peut présenter une des caractéristiques suivantes ou une des combinaisons possibles de ces caractéristiques :
- les cellules sont réparties selon respectivement une deuxième densité et une troisième densité de cellules dans respectivement une deuxième zone annulaire densifiée et une troisième zone annulaire densifiée de l’élément abradable, chacune des première, deuxième et troisième zones annulaires densifiées étant adaptée pour être située en regard de l’extrémité radiale extérieure de la léchette au cours de différentes phases de vol de l’aéronef, la deuxième densité et la troisième densité étant chacune supérieure à la densité de référence ;
- au moins une zone annulaire densifiée présente une étendue axiale comprise entre 40% et 100% de l’étendue axiale de l’extrémité radiale extérieure de la léchette ;
- au moins une partie des cellules présentent une forme de nid d’abeille ;
- au moins une partie des cellules dans une zone annulaire densifiée présentent une forme de disque, de carré, de triangle ou de losange ; Il est également proposé, selon un deuxième aspect de l’invention un procédé de fabrication d’un joint d’étanchéité à labyrinthe pour une turbomachine, en particulier d’aéronef, comportant un élément de rotor et un élément de stator s’étendant autour de l’élément de rotor, l’élément de rotor étant adapté pour tourner par rapport à l’élément de stator autour d’un axe de rotation selon une direction axiale, l’élément de rotor comportant une léchette annulaire présentant une extrémité radiale extérieure s’étendant vers un élément abradable porté par l’élément de stator, l’extrémité radiale extérieure de la léchette annulaire présentant une ondulation selon la direction axiale et une étendue axiale non nulle associée à l’ondulation, l’élément abradable comportant une pluralité de cellules disposées adjacentes les unes aux autres le long de la direction axiale et d'une direction ortho-radiale, les cellules comprenant des parois qui s’étendent dans une direction essentiellement radiale, le procédé comportant les étapes suivantes :
- fabrication de la léchette ;
- fabrication de l’élément abradable comportant une première zone annulaire densifiée située en regard de l’extrémité radiale extérieure de la léchette, ladite zone annulaire densifiée présentant une première densité de cellules, ladite zone annulaire densifiée présentant une étendue axiale inférieure ou égale à l’étendue axiale de l’extrémité radiale extérieure de la léchette, les cellules étant réparties selon une densité de référence de cellules en dehors de la première zone annulaire densifiée inférieure à la première densité de cellules.
Avantageusement, mais facultativement, le procédé de fabrication peut présenter une des caractéristiques suivantes ou une des combinaisons possibles de ces caractéristiques :
- la fabrication respectivement d’une deuxième zone annulaire densifiée et d’une troisième zone annulaire densifiée de l’élément abradable, les cellules étant réparties selon respectivement une deuxième densité et une troisième densité de cellules, chacune des première, deuxième et troisième zones annulaires densifiées étant située en regard de l’extrémité radiale extérieure de la léchette au cours de différentes phases de vol de l’aéronef, la deuxième densité et la troisième densité étant chacune supérieure à la densité de référence ;
- la mesure de l’étendue axiale de l’extrémité radiale extérieure de la léchette et la détermination d’une étendue axiale d’au moins une zone annulaire densifiée comprise entre 40% et 100% de la mesure de l’étendue axiale de l’extrémité radiale extérieure de la léchette ;
- la détermination d’une densité de cellules d’au moins une zone annulaire densifiée en prenant en compte la mesure de l’étendue axiale de l’extrémité radiale extérieure de la léchette ; - la fabrication de l’élément abradable comporte la fabrication de cellules présentant une forme de nid d’abeille ;
- la fabrication de l’élément abradable comporte la fabrication dans une zone annulaire densifiée de cellules présentant une forme de disque, de carré, de triangle ou de losange ; Il est également proposé, selon un troisième aspect de l’invention une turbomachine comprenant un joint d’étanchéité à labyrinthe tel qu’on vient de le décrire plus haut.
DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 , déjà discutée, représente un joint d’étanchéité à labyrinthe.
La figure 2, déjà discutée, représente un élément abradable.
La figure 3a, déjà discutée, représente un élément abradable ouvert et mis à plat ainsi que l’extrémité radiale extérieure d’une léchette en regard.
La figure 3b, déjà discutée, représente un élément abradable ouvert et mis à plat ainsi que l’extrémité radiale extérieure d’une léchette en regard.
La figure 4, déjà discutée, représente une coupe axiale d’un élément abradable et d’une léchette en regard.
La figure 5 représente un élément abradable ouvert et mis à plat ainsi que la position de l’extrémité radiale extérieure d’une léchette en regard.
La figure 6 représente un élément abradable ouvert et mis à plat.
La figure 7 représente un élément abradable ouvert et mis à plat.
Sur l’ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
La figure 5 représente un élément abradable 57 ouvert et mis à plat et la position de l’extrémité d’une léchette en regard symbolisée par la ligne en pointillés 59. La ligne en pointillés 59 ne suit pas une direction orthoradiale et présente une ondulation. L’extrémité radiale extérieure de la léchette présente des écarts à la forme d’un cercle régulier. L’écart à la forme d’un cercle régulier peut être caractérisé par l’étendue axiale Es de l’extrémité radiale extérieure de la léchette qui est la projection la ligne 59 selon la direction DA.
En référence aux figures 1 , 2 et 5, il est proposé un joint d’étanchéité à labyrinthe 10 pour une turbomachine, en particulier d’aéronef, comportant un élément de rotor 1 et un élément de stator 3 s’étendant autour de l’élément de rotor 1 , l’élément de rotor 1 étant adapté pour tourner par rapport à l’élément de stator 3 autour d’un axe de rotation A, l’élément de rotor comportant une léchette annulaire 5 présentant une extrémité radiale extérieure s’étendant vers un élément abradable 7, 57 porté par l’élément de stator 3, l’extrémité radiale extérieure de la léchette annulaire présentant une ondulation selon la direction axiale et une étendue axiale Es non nulle associée à l’ondulation, l’élément abradable comportant une pluralité de cellules 20, 50a, 50b disposées adjacentes les unes aux autres le long de la direction DA de l’axe de rotation A et d'une direction ortho-radiale O, les cellules 20, 50a, 50b comprenant des parois 22 qui s’étendent dans une direction essentiellement radiale R, les cellules 20, 50a, 50b étant réparties selon une première densité de cellules dans une première zone annulaire Z51 densifiée de l’élément abradable, ladite zone annulaire densifiée Z51 étant située en regard de l’extrémité radiale de la léchette, ladite zone annulaire densifiée présentant une étendue axiale inférieure ou égale à l’étendue axiale de l’extrémité radiale de la léchette, les cellules étant réparties selon une densité de référence de cellules en dehors de ladite première zone, la première densité étant supérieure à la densité de référence.
Les parois 22 des cellules de l’élément abradable s’étendent dans une direction essentiellement radiale signifie que la ou les parois 22 participant à la définition d’une cellule est une surface qui présente une direction d’allongement qui est proche de la direction radiale R. Une direction proche d’une autre direction signifie ici que l’angle séparant les deux directions est inférieur à 2 degrés.
La première zone annulaire densifiée Z51 représentée sur la figure 5 correspond à des cellules 50b de l’élément abradable qui sont de plus petite taille que les cellules 50a situées en dehors de cette première zone annulaire densifiée Z51 , dans les zones ZSR. Il est donc possible de placer un nombre plus important de cellules par unité de surface dans la première zone annulaire densifiée Z51 , c’est-à-dire d’obtenir une première densité supérieure à la densité de référence.
La zone annulaire densifiée Z51 est située en regard de l’extrémité radiale de la léchette est traduit sur la figure 5 par le fait que selon la direction axiale A, la première zone annulaire densifiée Z51 et la ligne en pointillés 59 sont centrées à la même position.
Par exemple, la différence de position entre l’axe central de la première zone annulaire densifiée Z51 et l’axe central de la ligne en pointillés 59 peut être choisi inférieur à 0.5mm, voire à une valeur plus faible.
La zone annulaire densifiée Z51 peut être caractérisée par son étendue axiale, c’est-à-dire la largeur de la zone selon la direction axiale. Cette étendue axiale de la zone densifiée est choisie inférieure ou égale à l’étendue axiale de l’extrémité radiale de la léchette.
L’effet technique associé à une densité de cellules de l’élément abradable plus importante en regard de la léchette est d’améliorer l’étanchéité du joint. Le flux de gaz qui tente de s’écouler entre l’élément abradable 57 et la léchette de l’amont vers l’aval de la turbomachine rencontre plus de perturbations en raison du plus grand nombre de cellules 50b présentes.
Une densité de cellules de l’élément abradable plus importante plus en amont ou plus en aval de la léchette ne modifie pas de manière sensible l’étanchéité du joint, de sorte qu’il n’est pas nécessaire que la zone annulaire densifiée présente une étendue axiale supérieure à l’étendue axiale de l’extrémité radiale de la léchette
La figure 6 représente un élément abradable 67 mis à plat. La position de l’extrémité d’une léchette en regard n’a pas été représentée mais dans cette situation, l’extrémité radiale de la léchette présente une ondulation axiale ou des écarts à la forme d’un cercle régulier. Comme dans le cas de la figure 5, l’élément abradable 67 comporte une pluralité de cellules 60a, 60b disposées adjacentes les unes aux autres le long de la direction DA de l’axe de rotation A et d'une direction ortho-radiale O, les cellules 60a, 60b étant réparties selon une première densité de cellules dans une première zone annulaire ZÔI densifiée de l’élément abradable, ladite zone annulaire densifiée ZÔI étant située en regard de l’extrémité radiale de la léchette, les cellules étant réparties selon une densité de référence de cellules en dehors de ladite première zone ZÔI , la première densité étant supérieure à la densité de cellules de référence.
En référence à la figure 6, il est proposé un élément abradable d’un joint d’étanchéité à labyrinthe tel que présenté précédemment et dans lequel en outre les cellules 60a, 60b sont réparties en outre selon respectivement une deuxième densité et une troisième densités de cellules dans respectivement une deuxième zone annulaire densifiée Ibi et une troisième zone annulaire densifiée ZÔ3 de l’élément abradable, chacune des première, deuxième et troisième zones annulaires densifiées ZM , l i, T-bi étant adaptée pour être située en regard de l’extrémité radiale de la léchette au cours de différentes phases de vol de l’aéronef, la deuxième densité et la troisième densité étant chacune supérieure à la densité de référence. Durant les différentes phases de vol, la turbomachine est plus ou moins sollicitée de sorte que la température et la dilatation des pièces évolue au sein de la turbomachine. En particulier, la température est moins importante en phase à froid , c’est-à-dire lorsque la turbomachine est mise en route, qu’en phase croisière c’est-à-dire lorsque la turbomachine est en régime qui permet le vol. De même la température est moins importante en phase croisière qu’en phase climb c’est-à-dire lorsque la turbomachine est en régime qui permet le décollage.
Au niveau du système formé par l’élément abradable et la léchette, la position de la léchette par rapport à l’élément abradable dans la direction DA de l’axe A de rotation change selon la phase de vol. Trois positions axiales à froid , croisière et climb de la léchette par rapport à l’élément abradable peuvent être repérées pour chacune des phases de vol à froid , croisière et climb , la position axiale croisière se trouvant entre les deux autres positions axiales à froid et climb .
Dans la situation où l’élément abradable ne présente qu’une seule zone annulaire densifiée, et si en passant d’une première phase de vol à une deuxième phase de vol la léchette n’est plus située en face de la zone annulaire densifiée alors l’amélioration de l’étanchéité du joint obtenue au cours de la première phase de vol est perdue au cours de la deuxième phase de vol.
L’effet technique associé à la présence de trois zones annulaires densifiées situées en regard des trois positions axiales à froid , croisière et climb , de la léchette est de conserver l’amélioration de l’étanchéité du joint au cours de chacune des trois phases de vol à froid , croisière et climb .
Les joints d’étanchéité à labyrinthe proposés dans cette demande présentent au moins une zone annulaire densifiée dont on peut plus précisément définir l’étendue axiale. En particulier, on peut préciser que le rapport entre l’étendue axiale de la zone annulaire densifiée et l’étendue axiale de l’extrémité radiale extérieure est compris entre 40% et 100% .
La présence d’une zone annulaire densifiée située en regard de l’extrémité radiale extérieure de la léchette permet d’améliorer l’étanchéité du joint. Cependant, le nombre plus important de parois au sein de l’élément abradable présentes en face de la léchette diminue le caractère abradable ou abradabilité de l’élément abradable. Le caractère abradable correspond ici au fait qu’en cas de contact entre l’élément abradable et la léchette, c’est l’élément abradable qui perd de la matière et se détériore au contact de la léchette et non pas l’inverse.
Aussi, pour fixer l’étendue d’une zone annulaire densifiée, il existe un compromis entre l’abradabilité de l’élément abradable et l’étanchéité du joint. En particulier, plus l’étendue axiale de la zone annulaire densifiée est proche de l’étendue axiale de l’extrémité radiale extérieure de la léchette, plus l’étanchéité du joint est améliorée et moins l’élément abradable présente un caractère abradable.
Un rapport entre l’étendue axiale de la zone annulaire densifiée et l’étendue axiale de l’extrémité radiale extérieure compris entre 40% et 100% permet un compromis intéressant entre l’abradabilité de l’élément abradable et l’étanchéité du joint.
En particulier un rapport compris entre 40% et 80% permet un compromis intéressant pour des systèmes où les dilatations différentielles sont importantes et que le besoin d’abradabilité est important. Un rapport compris entre 80 à 100% permet un compromis intéressant lorsqu’il est certain que l’élément abradable et la léchette ne rentrent pas ou presque pas en contact et que nous pouvons donc accentuer la qualité d’étanchéité.
Différentes formes peuvent être choisies pour les cellules de l’élément abradable.
La forme en nid d’abeille c’est-à-dire une forme en hexagone régulier peut être choisie. D’autres formés géométriques peuvent être choisies comme un disque, un carré, un triangle ou un losange.
Il est à noter qu’une partie des cellules peut être d’une certaine forme et une autre partie des cellules peut être d’une autre forme.
De cette manière, il est proposé un joint d’étanchéité à labyrinthe tel qu’on a pu le présenter plus haut dans lequel au moins une partie des cellules présente une forme de nid d’abeille.
De cette manière, il est proposé un joint d’étanchéité à tel qu’on a pu le présenter plus haut dans lequel au moins une partie des cellules présente une forme de disque, de carré, de triangle ou de losange.
La figure 7 représente un élément abradable d’un joint d’étanchéité à labyrinthe tel que présenté précédemment, avec des zones Z7R où les cellules de l’élément abradable sont réparties selon la densité de référence. Dans ces zones, les cellules 70a ont la forme d’un nid d’abeille. L’élément abradable comporte en outre trois zones annulaires densifiées Z71 Z72 Z73. Chaque zone annulaire densifiée correspond à une forme différente de cellules. Dans la zone Z71 les cellules 70b ont une forme de disque.
Dans la zone Z72 les cellules 70c ont une forme donnée par l’intersection d’un réseau périodique de lignes ondulées.
Dans la zone Z73 les cellules 70d ont une forme plus complexe et anguleuse présentant de nombreux points où la forme présente un angle aigu de découpe de son contour.
Il est également proposé un procédé de fabrication de joint d’étanchéité à labyrinthe pour une turbomachine, en particulier d’aéronef, comportant un élément de rotor et un élément de stator s’étendant autour de l’élément de rotor, l’élément de rotor étant adapté pour tourner par rapport à l’élément de stator autour d’un axe de rotation, l’élément de rotor comportant une léchette annulaire présentant une extrémité radiale extérieure s’étendant vers un élément abradable porté par l’élément de stator, l’extrémité radiale extérieure de la léchette annulaire présentant une ondulation selon la direction axiale et une étendue axiale non nulle associée à l’ondulation, l’élément abradable comportant une pluralité de cellules disposées adjacentes les unes aux autres le long de la direction de l’axe de rotation et d'une direction ortho-radiale, les cellules comprenant des parois qui s’étendent dans une direction essentiellement radiale, le procédé comportant les étapes suivantes :
- fabrication de la léchette ;
- fabrication de l’élément abradable comportant une première zone annulaire densifiée située en regard d’une extrémité radiale extérieure de la léchette, ladite zone annulaire densifiée présentant une première densité de cellules, ladite zone annulaire densifiée présentant une étendue axiale inférieure ou égale à l’étendue axiale de l’extrémité radiale extérieure de la léchette, les cellules étant réparties selon une densité de référence en dehors de la première zone annulaire de référence inférieure à la première densité de cellules.
La fabrication de l’élément abradable peut comporter en outre la fabrication respectivement d’une deuxième zone annulaire densifiée et d’une troisième zone annulaire densifiée de l’élément abradable, les cellules étant réparties selon respectivement une deuxième densité et une troisième densité de cellules, chacune des première, deuxième et troisième zones annulaires densifiées étant située en regard de l’extrémité radiale extérieure de la léchette au cours de différentes phases de vol de l’aéronef, la deuxième densité et la troisième densité étant chacune supérieure à la densité de référence.
Le procédé de fabrication d’un joint d’étanchéité à labyrinthe tel qu’on vient de la présenter peut comporter en outre les étapes suivantes :
- mesure de l’étendue axiale de l’extrémité radiale extérieure de la léchette ;
- détermination d’une étendue axiale d’au moins une zone annulaire densifiée comprise entre 40% et 100% de la mesure de l’étendue axiale de l’extrémité radiale extérieure de la léchette.
Le procédé de fabrication d’un joint d’étanchéité à labyrinthe tel qu’on vient de la présenter peut comporter en outre la détermination d’une densité de cellules d’au moins une zone annulaire densifiée en prenant en compte la mesure de l’étendue axiale de l’extrémité radiale extérieure de la léchette.
Le procédé de fabrication peut être adapté pour fabriquer des cellules de différente forme en nid d’abeille, de disque, de carré, de triangle ou de losange.
Comme précédemment mentionné, il existe un compromis entre l’abradabilité de l’élément abradable et l’étanchéité du joint pour fixer l’étendue axiale d’une zone annulaire densifiée.
De la même manière que l’étendue axiale de la zone annulaire densifiée, plus la densité de cellules est importante, plus l’étanchéité du joint est améliorée et moins l’élément abradable présente un caractère abradable. Il est possible d’utiliser le compromis entre l’abradabilité de l’élément abradable et l’étanchéité du joint pour fixer la densité de cellules abradables.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Joint d’étanchéité (10) à labyrinthe pour une turbomachine, en particulier d’aéronef, comportant un élément de rotor (1 ) et un élément de stator (3) s’étendant autour de l’élément de rotor (1 ), l’élément de rotor (1 ) étant adapté pour tourner par rapport à l’élément de stator (3) autour d’un axe de rotation (A) selon une direction axiale (DA), l’élément de rotor (1 ) comportant une léchette annulaire (35b) présentant une extrémité radiale extérieure s’étendant vers un élément abradable (57) porté par l’élément de stator (3), l’extrémité radiale extérieure de la léchette annulaire (35b) présentant une ondulation selon la direction axiale (DA) et une étendue axiale (Es) non nulle associée à l’ondulation, l’élément abradable (57) comportant une pluralité de cellules (50a, 50b) disposées adjacentes les unes aux autres le long de la direction axiale (DA) et d'une direction ortho radiale (O), les cellules (50a, 50b) comprenant des parois qui s’étendent dans une direction essentiellement radiale, caractérisé en ce que les cellules sont réparties selon une première densité de cellules dans une première zone annulaire densifiée (Z51 , ZÔI ) de l’élément abradable, ladite zone annulaire densifiée (Z51, ZÔ-I ) étant située en regard de l’extrémité radiale de la léchette, ladite zone annulaire densifiée présentant une étendue axiale inférieure ou égale à l’étendue axiale de l’extrémité radiale extérieure de la léchette, les cellules étant réparties selon une densité de référence de cellules en dehors de ladite première zone, la première densité étant supérieure à la densité de référence.
2. Joint d’étanchéité à labyrinthe selon la revendication 1 dans lequel les cellules sont réparties selon respectivement une deuxième densité et une troisième densité de cellules dans respectivement une deuxième zone annulaire densifiée (Z62) et une troisième zone annulaire densifiée (Z63) de l’élément abradable (67), chacune des première, deuxième et troisième zones annulaires densifiées étant adaptée pour être située en regard de l’extrémité radiale extérieure de la léchette au cours de différentes phases de vol de l’aéronef, la deuxième densité et la troisième densité étant chacune supérieure à la densité de référence.
3. Joint d’étanchéité à labyrinthe selon la revendication 1 ou 2 dans lequel au moins une zone annulaire densifiée présente une étendue axiale comprise entre 40% et 100% de l’étendue axiale de l’extrémité radiale extérieure de la léchette.
4. Joint d’étanchéité à labyrinthe selon l’une des revendications 1 à 3 dans lequel au moins une partie des cellules présentent une forme de nid d’abeille.
5. Joint d’étanchéité à labyrinthe selon l’une des revendications 1 à 4 dans lequel au moins une partie des cellules dans une zone annulaire densifiée présentent une forme de disque, de carré, de triangle ou de losange.
6. Procédé de fabrication d’un joint d’étanchéité (10) à labyrinthe pour une turbomachine, en particulier d’aéronef, comportant un élément de rotor (1 ) et un élément de stator (3) s’étendant autour de l’élément de rotor (1 ), l’élément de rotor (1 ) étant adapté pour tourner par rapport à l’élément de stator (3) autour d’un axe de rotation (A) selon une direction axiale (DA), l’élément de rotor (1 ) comportant une léchette annulaire (35b) présentant une extrémité radiale extérieure s’étendant vers un élément abradable (57) porté par l’élément de stator (3), l’extrémité radiale extérieure de la léchette annulaire (35b) présentant une ondulation selon la direction axiale (DA) et une étendue axiale (Es) non nulle associée à l’ondulation, l’élément abradable (57) comportant une pluralité de cellules (50a, 50b) disposées adjacentes les unes aux autres le long de la direction axiale (DA) et d'une direction ortho-radiale (O), les cellules (50a, 50b) comprenant des parois qui s’étendent dans une direction essentiellement radiale, le procédé comportant les étapes suivantes :
- fabrication de la léchette ;
- fabrication de l’élément abradable comportant une première zone annulaire densifiée (Z51 , ZÔI ) située en regard de l’extrémité radiale extérieure de la léchette, ladite zone annulaire densifiée (Z51, ZÔI ) présentant une première densité de cellules, ladite zone annulaire densifiée présentant une étendue axiale inférieure ou égale à l’étendue axiale de l’extrémité radiale extérieure de la léchette, les cellules étant réparties selon une densité de référence de cellules en dehors de la première zone annulaire densifiée inférieure à la première densité de cellules.
7. Procédé de fabrication d’un joint d’étanchéité à labyrinthe selon la revendication 6 dans lequel la fabrication de l’élément abradable comporte en outre la fabrication respectivement d’une deuxième zone annulaire densifiée (Z62) et d’une troisième zone annulaire densifiée (Z63) de l’élément abradable, les cellules étant réparties selon respectivement une deuxième densité et une troisième densité de cellules, chacune des première, deuxième et troisième zones annulaires densifiées étant située en regard de l’extrémité radiale extérieure de la léchette au cours de différentes phases de vol de l’aéronef, la deuxième densité et la troisième densité étant chacune supérieure à la densité de référence.
8. Procédé de fabrication d’un joint d’étanchéité à labyrinthe selon la revendication 6 ou 7 comportant en outre les étapes suivantes :
- mesure de l’étendue axiale de l’extrémité radiale extérieure de la léchette ;
- détermination d’une étendue axiale d’au moins une zone annulaire densifiée comprise entre 40% et 100% de la mesure de l’étendue axiale de l’extrémité radiale extérieure de la léchette.
9. Procédé de fabrication d’un joint d’étanchéité à labyrinthe selon la revendication 8 comportant en outre l’étape suivante :
- détermination d’une densité de cellules d’au moins une zone annulaire densifiée en prenant en compte la mesure de l’étendue axiale de l’extrémité radiale extérieure de la léchette.
10. Procédé de fabrication d’un joint d’étanchéité à labyrinthe selon l’une des revendications 6 à 9 dans lequel la fabrication de l’élément abradable comporte la fabrication de cellules présentant une forme de nid d’abeille.
11. Procédé de fabrication d’un joint d’étanchéité à labyrinthe selon l’une des revendications 6 à 9 dans lequel la fabrication de l’élément abradable comporte la fabrication dans une zone annulaire densifiée de cellules présentant une forme de disque, de carré, de triangle ou de losange.
12. Turbomachine comprenant un joint d’étanchéité à labyrinthe selon l’une des revendications 1 à 5.
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