WO2021205099A1 - Ensemble d'etancheite pour une turbomachine - Google Patents

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WO2021205099A1
WO2021205099A1 PCT/FR2021/050577 FR2021050577W WO2021205099A1 WO 2021205099 A1 WO2021205099 A1 WO 2021205099A1 FR 2021050577 W FR2021050577 W FR 2021050577W WO 2021205099 A1 WO2021205099 A1 WO 2021205099A1
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WO
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wiper
sealing assembly
angular portions
recess
rotation
Prior art date
Application number
PCT/FR2021/050577
Other languages
English (en)
Inventor
Teddy Frédéric Gilbert CHANTRAIT
Antoine Robert Alain Brunet
Maël THEVENOT
Gilles Jean-Luc DESSEIN
Jean-Yves Fernand PARIS
Vincent Gilbert Alex WAGNER
Original Assignee
Safran Aircraft Engines
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran Aircraft Engines filed Critical Safran Aircraft Engines
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Priority to CN202180033654.2A priority patent/CN115516189A/zh
Priority to US17/995,818 priority patent/US12031444B2/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/02—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/12—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part
    • F01D11/122—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part with erodable or abradable material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/10—Stators
    • F05D2240/11—Shroud seal segments
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/55—Seals

Definitions

  • TITLE SEALING KIT FOR A TURBOMACHINE
  • the present invention relates to a sealing assembly for a turbomachine.
  • a turbomachine comprises numerous dynamic sealing assemblies, and in other words sealing assemblies intended to provide a seal between two parts, at least one of which is movable.
  • Such a sealing assembly comprises, for example, a first element (hereinafter called “rotor element”) movable in rotation and a second element (hereinafter called “stator element”) fixed in the reference mark of the turbomachine.
  • the rotor element has at least one wiper and the stator element has an abradable member extending around the wiper.
  • the wiper is configured to cooperate with the abradable member.
  • the wiper is mounted with radial play relative to the abradable member.
  • the wiper and the abradable member move (radially and axially) with respect to each other under the effect in particular of various external stresses (thermal, aerodynamic, mechanical, etc.).
  • the radial clearance is thus reduced and even becomes zero during contact between the wiper and the abradable member.
  • the main contacts take place when the turbomachine is running in.
  • the wiper Upon contact, the wiper penetrates and cuts through the abradable member, thus generating material chips.
  • the temperature reached is all the more important as the environment in which the sealing assembly is placed is hot.
  • the objective of the present invention is therefore to provide a sealing assembly limiting the heating induced by the contact between the wiper and the abradable member, while maximizing its sealing.
  • the prior art also includes documents FR-A1 -3072121, EP-A1 - 1785651, FR-A1 -3078740, FR-A1 -2974842, CN-B-108266236, SU-A1- 792014 and EP-A1 -3144568. Summary of the invention
  • the invention thus proposes a sealing assembly for a turbomachine comprising a first element and a second element, the first and second elements being concentric and in relative rotational movement with respect to each other around an axis of rotation X, said sealing assembly comprising at least a first wiper and an abradable member, the first wiper being annular in shape and carried by the first member, the first wiper extending radially towards the abradable member and continuously around of the axis of rotation X, the abradable member being annular in shape and carried by the second element, the abradable member extending tangentially opposite the first wiper, the first wiper comprising primary angular portions each extending tangentially along a primary angular sector, said primary angular portions each having in cross section a first constant profile, characterized in that the first wiper comprises secondary angular portions each extending tangentially along a secondary angular sector, said secondary angular portions each having in cross section a second profile different from said first profile, the number of secondary ang
  • the wiper according to the invention thus comprises an alternation (or an alternating succession) of primary angular portions and secondary angular portions, and in other words two successive primary angular portions are separated from one another by a secondary angular portion.
  • the alternation of primary angular portions and secondary angular portions creates a discontinuity around the axis of rotation X, conducive to cutting the abradable member and to the evacuation of material chips abradable, so as to limit the heating induced by the contacts between the wiper and the abradable member.
  • Such a discontinuity also makes it possible to avoid prolonged contact between the wiper and the abradable member, and thus also to limit the heating induced by the contacts.
  • sealing assemblies Compared to the prior art, such sealing assemblies have an increased service life and can be installed in environments with a higher temperature, in particular to the benefit of the performance of the turbomachine.
  • the structure of the abradable member of such sealing assemblies can be evolved.
  • the decrease in temperature makes it possible to consider the replacement of honeycomb structures by structures in compact layers.
  • honeycomb structures withstand higher temperatures but induce more pressure drop.
  • Such sealing assemblies also make it possible to limit the release of heat, and therefore to limit the thermal expansion of the surrounding parts.
  • the surrounding parts thus have an increased lifespan.
  • the sealing assembly according to the invention may include one or more of the following characteristics and / or steps, taken in isolation from one another or in combination with one another:
  • the second profile of at least one of the secondary angular portions varies from one angular position to another;
  • each secondary portion comprises at least one sharp edge
  • each secondary portion includes a first recess open radially outwards
  • the first recess opens onto at least one side surface of the first wiper
  • each secondary portion comprises a second recess symmetrical to the first recess with respect to a median plane M of the first wiper, the median plane M being perpendicular to the axis of rotation X of the sealing assembly; the second recess being distinct from the first recess
  • the first recess has the shape of a circular segment
  • Each of the first and second recesses is blind (or not opening);
  • each secondary portion comprises a central ridge which is centered on a median plane M, the central ridge being delimited laterally by each of the first and second recesses, the median plane M being perpendicular to the axis of rotation X of the assembly of waterproofing;
  • Each of the first and second recesses is defined by a sharp edge, the sharp edge having a closed curved contour
  • Each of the first and second recesses comprises a bottom having a connecting fillet
  • the first recess forms a flat on an outer surface of the first wiper
  • each of the two sharp edges is substantially parallel to the axis of rotation X of the sealing assembly
  • Each of the first and second recesses is partially or locally emerging (or passing through), so as to form a passage or a communication between the first and second recesses;
  • each secondary portion includes a tapered portion (or ridge) and a pointed portion separated from each other by the passage and bordered by the first and second recesses;
  • the tapered portion comprises a biconcave section and a biconvex section
  • the biconcave section is adjacent to a primary portion and the biconvex section is tangentially disposed between the biconcave section and the passage;
  • the passage is tangentially delimited by two sharp radial edges, at namely a first sharp edge of the pointed portion and a second sharp edge of the biconvex section of the tapered portion;
  • Each of the first and second recesses is defined by a sharp edge, the sharp edge having an open curved contour;
  • Each secondary portion comprises a plate attached to an outer surface of a body of the first wiper
  • the plate comprises a base resting on the outer surface of the body and two facing wings each extending from the base, each of the wings resting on a lateral surface of the body;
  • the base is tangentially bounded by two sharp edges each in the form of a sharp edge
  • each of the two sharp edges is substantially parallel to the axis of rotation X of the sealing assembly
  • Said sealing assembly comprises a second independent wiper and axially distant from the first wiper, the abradable member extending tangentially opposite the second wiper.
  • the present invention also relates to a turbomachine comprising at least one sealing assembly as described above.
  • Figure 1 is a schematic view in axial section of a turbomachine
  • Figure 2 is a perspective view of a sealing assembly according to a first embodiment of the invention
  • FIG.3 Figure 3 is a front view of the assembly of Figure 2;
  • Figure 4 is a detail view according to the reference mark C of Figure 3;
  • Figure 5 is a sectional view along the sectional plane AA of Figure 4;
  • Figure 6 is a sectional view along the section plane B-B of Figure 3;
  • Figure 7 is a perspective view of a sealing assembly according to a second embodiment of the invention.
  • Figure 8 is a front view of the assembly of Figure 7;
  • FIG. 9 is a detail view along the reference mark C of FIG. 8;
  • Figure 10 is a sectional view along the sectional plane A-A of Figure 9;
  • Figure 11 is a sectional view along the section plane B-B of Figure 8.
  • Figure 12 is a perspective view of a wiper of a seal assembly according to a third embodiment of the invention.
  • FIG.13 is a detail perspective view of the wiper of Figure 12;
  • Figure 14 is a top detail view of the wiper of Figure 12;
  • Figure 15 is a side detail view of the wiper of Figure 12;
  • Figure 16 is a detail front view of the wiper of Figure 12;
  • Figure 17 is a perspective view of a wiper of a seal assembly according to a fourth embodiment of the invention.
  • FIG.18 Figure 18 is a detail perspective view of the wiper of Figure 17;
  • Figure 19 is a top detail view of the wiper of Figure 17;
  • FIG.20 Figure 20 is a side detail view of the wiper of Figure 17;
  • Figure 21 is a detail front view of the wiper of Figure 17.
  • a bypass turbomachine 32 which conventionally comprises from upstream to downstream, in the direction of gas flow, a ducted fan 33 and an engine comprising a low pressure compressor 34, a high pressure compressor 35, a combustion chamber 36, a high pressure turbine 37 and a low pressure turbine 38.
  • the rotors of the low pressure compressor 34 and of the low pressure turbine 38 are connected by a low pressure shaft 39 and form with it a low pressure body.
  • the rotors of the high pressure compressor 35 and of the high pressure turbine 37 are connected by a high pressure shaft 40 and form with it a high pressure body.
  • the low pressure shaft 39 and the high pressure shaft 40 are coaxial and movable in rotation about an axis of rotation X '.
  • the air flow generated by the fan is divided, by a fixed structure of the turbomachine 32, into a primary air flow F1 which enters a primary duct 41 of the engine and a secondary air flow F2 which flows in a secondary stream 42 disposed around the engine.
  • a sealing assembly 1 for a turbomachine 32 comprising a first element 2 and a second element 3.
  • the first and second elements 2, 3 are concentric and in relative rotational movement with respect to one another. to the other about an axis of rotation X.
  • the sealing assembly 1 comprises at least one wiper 4a-4d and an abradable member 5.
  • the wiper 4a-4d is annular in shape and carried by the first element 2
  • the wiper 4a-4d extends radially towards the abradable member 5 and continuously around the axis of rotation X.
  • the abradable member 5 is annular in shape and carried by the second element 3.
  • the abradable member 5 extends tangentially opposite the wiper 4a-4d.
  • axial or “axially” is meant any direction parallel to the axis of rotation X, and by “radial” or “radially” any direction perpendicular to the axis of rotation X.
  • the first element 2 is movable in rotation about the axis of rotation X and the second element 3 is fixed.
  • the second element 3 extends around the first element 2.
  • the first element 2 of the sealing assembly is for example a flange disposed between two movable wheels of a turbine 37, 28 of the turbomachine 32. and the second element 3 is a distributor of the corresponding turbine.
  • the axis of rotation X of the seal assembly is coaxial with the axis of rotation X ′ of the turbomachine 32.
  • the first element is movable in rotation about the axis of rotation X and the second element is fixed.
  • the first element extends around the second element.
  • the first element is movable in rotation in a first direction of rotation and the second element is movable in rotation in a second direction of rotation which is opposite to the first direction of rotation, the first and second elements thus being counter-rotating.
  • the embodiments illustrated in the figures correspond to the first configuration, namely the first element 2 is movable in rotation about the axis of rotation X and the second element 3 is fixed.
  • the second element 3 extends around the first element 2.
  • the sealing assembly 1 comprises a single wiper 4a-4d.
  • the sealing assembly can of course include several wipers.
  • the wicks are then carried by the first element.
  • the abradable member extends tangentially opposite the different wipers.
  • each wiper comprises the technical characteristics of the invention.
  • the first element 2 and the wiper 4a-4d form the rotor part of the sealing assembly 1.
  • the first element 2 which carries the wiper 4a-4d is in the form of a sole.
  • the wiper 4a-4d is disposed outside the first element 2.
  • the wiper 4a-4d extends radially outwards from the first element 2, and in other words towards the abradable member 5.
  • the first element 2 is here of rectangular section and integral with the body of the wiper 4a-4d.
  • the wiper 4a-4d comprises an annular body 7 extending continuously around the axis of rotation X.
  • the body 7 comprises a base 8 contiguous to the first element 2 and an apex defined by an outer surface 9.
  • the body 7 is delimited laterally by two lateral surfaces 10.
  • the second element 3 and the abradable member 5 form the stator part of the sealing assembly 1.
  • the second member 3 which carries the abradable member 5 is in the form of 'a ring.
  • the abradable member 5 is disposed inside the second element 3.
  • the abradable member 5 extends around the wiper 4a-4d.
  • the second element 3 is here of rectangular section and distinct from the abradable member 5, the abradable member 5 thus being attached to the second member 3.
  • the abradable member 5 is annular and is formed by the abradable material.
  • the second element 3 and the abradable member 5 are not shown in Figures 12 to 21 for reasons of clarity, they are identical in all of Figures 2 to 21.
  • the abradable member 5 may be in the form of a layer (a coating or a lining), homogeneous or heterogeneous, obtained by thermal spraying (in particular by plasma spraying).
  • the layer is for example made from a CoNiCrAlY alloy.
  • the abradable member 5 can also be in the form of an alveolar or honeycomb structure.
  • honeycomb structures have the advantage of resisting higher temperatures than those supported by solid-layered structures.
  • honeycomb structures generally induce an additional pressure drop due to the presence of the alveoli.
  • the wiper 4a-4d comprises primary angular portions 11 (hereinafter referred to as "primary portions”) each extending tangentially along a primary angular sector 1 T.
  • the primary portions 11 each have in cross section a first constant profile 12.
  • the first constant profile 12 and common to all of the primary portions 11 is substantially triangular (see Figure 6).
  • the body 7 of the wiper 4a-4d then gradually thins from the base 8 to the top (defined by an outer surface 9).
  • first profile 12 constant and common to all of the primary portions 11 could of course have another shape in cross section, for example trapezoidal.
  • the primary angular sector 1 T of each of the primary portions 11 is defined in particular by an angle at the center a.
  • the primary angular sectors 1 T are shown in dotted lines in the figures.
  • the wiper 4a-4d also comprises secondary angular portions 13 (hereinafter called “secondary portions”) each extending tangentially along a secondary angular sector 13 ′.
  • the secondary portions 13 each have in cross section a second profile 14 different from the first profile 12.
  • the number of secondary angular portions 13 is equal to the number of primary angular portions 11.
  • the secondary angular portions 13 are interposed between the primary angular portions 11.
  • the wiper 4a-4d according to the invention thus comprises an alternation (or an alternating succession) of primary portions 11 and of secondary portions 13, and in other words two successive primary portions 11 are separated from one another by a secondary portion 13.
  • the alternation of primary portions 11 and secondary portions 13 creates a discontinuity around the axis of rotation X, conducive to the cutting of the abradable member 5 and to the removal of chips of abradable material. Such a discontinuity also makes it possible to avoid prolonged contact between the wiper 4a-4d and the abradable member 5, and thus to limit the heating induced by the contacts.
  • each of the secondary portions 13 is defined in particular by an angle at the center b.
  • the number of primary and secondary portions per wiper can vary and depends on several parameters, and in particular on the materials, of the second profile, of the speed of rotation of the first element.
  • the secondary portions can have different geometric and dimensional characteristics.
  • the secondary portions can be identical in groups (two, three, etc.) and evenly distributed around the axis of rotation X, so as to balance the first element, and in other words avoid unbalance.
  • all of the secondary portions are identical to each other, so as to balance the first element.
  • the secondary portions are distributed regularly around the axis of rotation X, so as to balance the first element.
  • the wiper has a median plane of symmetry M perpendicular to the axis of rotation X, so as to balance the first element.
  • the second profile 14 of a secondary portion 13 is different from the first profile 12 common to the primary portions 11.
  • the second profile of a secondary portion can be constant of a position angular to another.
  • each secondary portion comprises at least one sharp edge (cutting edge, cutting edge or projecting edge).
  • cutting edge cutting edge or projecting edge
  • the sharp edge can be parallel to the axis of rotation X or inclined at an acute angle to the axis of rotation X.
  • the sharp edge can for example be obtained by adding or removing material to the level of the body of the wiper.
  • the sharp edge can also be obtained by adding a plate to the body of the wiper.
  • Each secondary portion may include a first recess open radially outwardly.
  • the first recess of each secondary portion can lead to at least one side surface of the wiper.
  • the first recess of each secondary portion may have the shape of a circular segment.
  • the first recess of each secondary portion can form a flat on an outer surface of the wiper.
  • Each secondary portion can include a second recess symmetrical to the first recess with respect to a median plane M of the wiper.
  • the median plane M is perpendicular to the axis of rotation X of the seal assembly.
  • the recess or recesses create one or more voids which facilitate the removal of the abradable material chips from the seal assembly, and therefore limit the heating induced by the contacts.
  • Each secondary portion may include a plate attached to an exterior surface of the body of the wiper.
  • the wafer may include a base and two opposing wings each extending from the base. The base is then supported on the outer surface of the body and each of the wings is supported on a lateral surface of the body.
  • the wiper 4a of the sealing assembly 1 comprises three identical secondary portions 13 distributed regularly around the axis of rotation X.
  • the secondary angular sector 13 'of each secondary portion 13 has an angle at the center b of about 12 °.
  • each secondary portion 13 has in cross section a second T-shaped profile 14.
  • each secondary portion 13 comprises two recesses 17a, 18a symmetrical with respect to the median plane M of the wiper 4a.
  • Each secondary portion 13 (or secondary angular sector 13 ′) is angularly delimited by each of the tangential ends of the recesses 17a, 18a.
  • Each recess 17a, 18a is open radially outwards and opens onto a side surface 10 of the body 7 of the wiper 4a.
  • Each recess 17a, 18a is blind (or not opening), and in other words the two recesses 17a, 18a do not communicate with each other.
  • Each recess 17a, 18a has the shape of a circular segment.
  • the body 7 thus comprises a central ridge 21 (centered on the median plane M) delimited laterally by each of the recesses 17a, 18a.
  • Each recess 17a, 18a is defined by a sharp edge 15a.
  • the sharp edge 15a of each recess 17a, 18a has a closed curved contour.
  • Each recess 17a, 18a comprises a bottom 22 here having a connecting fillet 23.
  • the wiper 4b of the sealing assembly 1 comprises four identical secondary portions 13 distributed regularly. around the axis of rotation X.
  • the secondary angular sector 13 'of each secondary portion 13 has an angle at the center b of about 25 °.
  • each secondary portion 13 has in cross section a second trapezoidal profile 14.
  • each secondary portion 13 comprises a recess 17b emerging or crossing.
  • Each secondary portion 13 (or secondary angular sector 13 ') is angularly delimited by each of the tangential ends of the recess 17b.
  • the recess 17b forms a flat 24 (or flat face) on the outer surface 9 of the wiper 4b.
  • the flat 24 is tangentially delimited by two sharp edges 15b each in the form of a sharp edge.
  • the sharp edges 15b are substantially parallel to the axis of rotation X.
  • the second embodiment has the advantage of being simple to manufacture.
  • the wiper 4c of the sealing assembly 1 comprises six identical secondary portions 13 distributed regularly around the axis of rotation X.
  • the secondary angular sector 13 'of each secondary portion 13 has an angle at the center b of about 15 °.
  • each secondary portion 13 has in cross section a second evolving complex profile 14.
  • each secondary portion 13 comprises two recesses 17c, 18c symmetrical with respect to the median plane M of the wiper 4c.
  • Each secondary portion 13 (or secondary angular sector 13 ') is angularly delimited by each of the tangential ends of the recesses 17c, 18c.
  • Each recess 17c, 18c is open radially outwards and opens onto a lateral surface 10 of the body 7 of the wiper 4c.
  • Each recess 17c, 18c is partially or locally opening out (or passing through), so as to form a passage 25 or a communication between the two recesses 17c, 18c.
  • the body 7 thus comprises a tapered portion 26 (or ridge) and a pointed portion 27 separated from one another by the passage 25 and bordered by the recesses 17c, 18c.
  • the tapered portion 26 comprises a biconcave section 28 and a biconvex section 29.
  • the biconcave section 28 is adjacent to a primary portion 11 and the biconvex section 29 is tangentially disposed between the biconcave section 28 and the passage 25.
  • the passage 25 is delimited tangentially by two radial sharp edges, namely a first sharp edge of the pointed portion 27 and a second sharp edge of the biconvex section 29 of the tapered portion 26.
  • Each recess 17c, 18c is defined by a sharp edge 15c.
  • the sharp edge 15c of each recess 17c, 18c has an open curved outline.
  • Each recess 17c, 18c comprises a bottom 30 here having a connecting fillet 31.
  • the recesses described in the first, second and third embodiments can be made by machining on machine tools (eg, a CNC machine) via various operations.
  • machine tools eg, a CNC machine
  • the recesses may be machined before or after the deposition of the protective coating.
  • the wiper 4d of the sealing assembly 1 comprises eight identical secondary portions 13 distributed regularly around the axis of rotation X.
  • the secondary angular sector 13 'of each secondary portion 13 has an angle at the center b of about 10 °.
  • each secondary portion 13 has in cross section a second constant complex profile 14.
  • each secondary portion 13 comprises a plate 16 attached to the outer surface 9 of the body 7 of the wiper 4d.
  • Each secondary portion 13 (or secondary angular sector 13 ') is angularly delimited by each of the tangential ends of the wafer 16.
  • the wafer 16 has a V-shaped profile in cross section.
  • the wafer 16 overlaps the body 7 of the wiper 4d.
  • the plate 16 comprises a base 19 and two opposite wings 20 each extending from the base 19.
  • the base 19 is then supported on the outer surface 9 of the body 7 and each of the wings 20 is supported on a lateral surface 10. of the body 7.
  • the plate 16 has a constant thickness but it could be scalable.
  • the base 19 is tangentially delimited by two sharp edges 15d each in the form of a sharp edge.
  • the sharp edges 15d are substantially parallel to the axis of rotation X.
  • the elements of the sealing assembly are generally made of one or more heat resistant materials, for example a metallic material (high performance alloy or superalloy) or a ceramic material.
  • the material or materials used depend in particular on the temperature of the environment in which the sealing assembly is placed.
  • the wiper (s) may include one or more protective surface coatings.
  • the protective coating (s) will generally protect the wiper from wear and temperature during contact.
  • the protective coating comprises, for example, titanium dioxide.
  • the body of the wiper can be in one piece (or in one piece).

Landscapes

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

Abstract

Ensemble d'étanchéité (1) pour une turbomachine comportant un premier élément (2) et un second élément (3), les premier et second éléments (2, 3) étant concentriques et en mouvement de rotation relatif l'un par rapport à l'autre autour d'un axe de rotation (X), ledit ensemble d'étanchéité (1) comprenant au moins une première léchette (4a) et un organe abradable (5), la première léchette (4a) étant de forme annulaire et portée par le premier élément (2), la première léchette (4a) s'étendant radialement vers l'organe abradable (5) et de manière continue autour de l'axe de rotation (X), l'organe abradable (5) étant de forme annulaire et porté par le second élément (3), l'organe abradable (5) s'étendant tangentiellement en regard de la première léchette (4a), la première léchette (4a) comprenant des portions angulaires primaires (11) s'étendant chacune tangentiellement suivant un secteur angulaire primaire (11'), lesdites portions angulaires primaires (11) présentant chacune en section transversale un premier profil constant, caractérisé en ce que la première léchette (4a) comprend des portions angulaires secondaires (13) s'étendant chacune tangentiellement suivant un secteur angulaire secondaire (13'), lesdites portions angulaires secondaires (13) présentant chacune en section transversale un second profil différent dudit premier profil, le nombre de portions angulaires secondaires (13) étant égal au nombre de portions angulaires primaires (11), les portions angulaires secondaires (13) étant intercalées entre les portions angulaires primaires (11).

Description

DESCRIPTION
TITRE : ENSEMBLE D’ETANCHEITE POUR UNE TURBOMACHINE
Domaine technique de l'invention
La présente invention se rapporte à un ensemble d’étanchéité pour une turbomachine.
Arrière-plan technique
Une turbomachine comprend de nombreux ensembles d’étanchéité dynamique, et autrement dit des ensembles d’étanchéité destinés à réaliser une étanchéité entre deux pièces dont l’une au moins est mobile.
On s’intéressera plus particulièrement aux ensembles d’étanchéité dynamique dans la suite de la présente demande.
Un tel ensemble d’étanchéité comprend par exemple un premier élément (ci- après appelé « élément de rotor ») mobile en rotation et un second élément (ci-après appelé « élément de stator ») fixe dans le repère de la turbomachine.
Plus précisément, l’élément de rotor comporte au moins une léchette et l’élément de stator comporte un organe abradable s’étendant autour de la léchette. La léchette est configurée pour coopérer avec l’organe abradable. Un tel ensemble d’étanchéité permet de minimiser les fuites malgré les déplacements relatifs entre la léchette et l’organe abradable.
La léchette est montée avec un jeu radial par rapport à l’organe abradable. Lorsque la turbomachine est en fonctionnement, la léchette et l’organe abradable se déplacent (radialement et axialement) l’un par rapport à l’autre sous l’effet notamment des différentes sollicitations extérieures (thermiques, aérodynamiques, mécaniques, etc.).
Selon les régimes de fonctionnement de la turbomachine (décollage, croisière, etc.), le jeu radial est ainsi amené à se réduire et même devenir nul lors d’un contact entre la léchette et l’organe abradable. Les principaux contacts ont lieu lorsque la turbomachine est en rodage.
Lors d’un contact, la léchette pénètre et découpe l’organe abradable, générant ainsi des copeaux de matière.
Il est par exemple connu du document FR-B1 -3071540 au nom de la demanderesse d’implanter une léchette présentant en section un profil constant sur 360°, le sommet de la léchette comprenant une rainure ouverte radialement vers l’extérieur. Une telle léchette améliore l’étanchéité de l’ensemble d’étanchéité en augmentant les turbulences générées.
Toutefois, une telle léchette présente des inconvénients.
En effet, lorsque la léchette rentre en contact avec l’organe abradable, la température des éléments de l’ensemble d’étanchéité s’élève rapidement et de manière significative. Cette importante montée en température est notamment provoquée par les nombreuses surfaces de contact (ou surfaces de frottement), l’accumulation de copeaux dans la rainure et l’absence d’éléments tranchants.
La température atteinte est d’autant plus importante que l’environnement dans lequel est placé l’ensemble d’étanchéité est chaud.
Un fonctionnement à haute température limite significativement la durée de vie des ensembles d’étanchéité et nécessite de les remplacer périodiquement.
En outre, échauffement significatif de l’ensemble d’étanchéité impose une température maximale à ne pas dépasser pour les différents environnements dans lesquels ils sont installés, au détriment des performances et sous peine d’avoir des usures prématurées.
L’objectif de la présente invention est donc de proposer un ensemble d’étanchéité limitant réchauffement induit par le contact entre la léchette et l’organe abradable, tout en maximisant son étanchéité.
L’art antérieur comprend également les documents FR-A1 -3072121 , EP-A1 - 1785651 , FR-A1 -3078740, FR-A1 -2974842, CN-B-108266236, SU-A1- 792014 et EP-A1 -3144568. Résumé de l'invention
L’invention propose ainsi un ensemble d’étanchéité pour une turbomachine comportant un premier élément et un second élément, les premier et second éléments étant concentriques et en mouvement de rotation relatif l’un par rapport à l’autre autour d’un axe de rotation X, ledit ensemble d’étanchéité comprenant au moins une première léchette et un organe abradable, la première léchette étant de forme annulaire et portée par le premier élément, la première léchette s’étendant radialement vers l’organe abradable et de manière continue autour de l’axe de rotation X, l’organe abradable étant de forme annulaire et porté par le second élément, l’organe abradable s’étendant tangentiellement en regard de la première léchette, la première léchette comprenant des portions angulaires primaires s’étendant chacune tangentiellement suivant un secteur angulaire primaire, lesdites portions angulaires primaires présentant chacune en section transversale un premier profil constant, caractérisé en ce que la première léchette comprend des portions angulaires secondaires s’étendant chacune tangentiellement suivant un secteur angulaire secondaire, lesdites portions angulaires secondaires présentant chacune en section transversale un second profil différent dudit premier profil, le nombre de portions angulaires secondaires étant égal au nombre de portions angulaires primaires, les portions angulaires secondaires étant intercalées entre les portions angulaires primaires.
La léchette selon l’invention comprend ainsi une alternance (ou une succession alternée) de portions angulaires primaires et de portions angulaires secondaires, et autrement dit deux portions angulaires primaires successives sont séparées l’une de l’autre par une portion angulaire secondaire.
L’alternance de portions angulaires primaires et portions angulaires secondaires crée une discontinuité autour de l’axe de rotation X, propice à la découpe de l’organe abradable et à l’évacuation des copeaux de matière abradable, de manière à limiter l’échauffement induit par les contacts entre la léchette et l’organe abradable.
Une telle discontinuité permet également d’éviter les contacts prolongés entre la léchette et l’organe abradable, et ainsi de limiter également échauffement induit par les contacts.
En comparaison à l’art antérieur, de tels ensembles d’étanchéité présentent une durée de vie accrue et peuvent être installés dans des environnements présentant une température plus élevée, au bénéfice notamment des performances de la turbomachine.
La structure de l’organe abradable de tels ensembles d’étanchéité peut évoluée. En effet, la diminution de température permet d’envisager le remplacement des structures en nid d’abeille par des structures en couche compacte. Pour rappel, en comparaison aux structures en couche compacte, les structures en nid d’abeille résistent à des températures plus élevées mais induisent plus de perte de charge.
De tels ensembles d’étanchéité permettent également de limiter les dégagements de chaleur, et par conséquent de limiter la dilatation thermique des pièces environnantes. Les pièces environnantes présentent ainsi une durée de vie accrue.
L’ensemble d’étanchéité selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques et/ou étapes suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- le second profil d’au moins une des portions angulaires secondaires varie d’une position angulaire à une autre ;
- chaque portion secondaire comprend au moins un bord vif ;
- chaque portion secondaire comprend un premier évidement ouvert radialement vers l’extérieur ;
- le premier évidement débouche sur au moins une surface latérale de la première léchette ;
- chaque portion secondaire comprend un second évidement symétrique au premier évidement par rapport à un plan médian M de la première léchette, le plan médian M étant perpendiculaire à l’axe de rotation X de l’ensemble d’étanchéité ; le second évidement étant distinct du premier évidement
- le premier évidement a la forme d’un segment circulaire ;
- chacun des premier et second évidements est borgne (ou non débouchant) ;
- les premier et second évidements ne communiquent pas l’un avec l’autre ;
- chaque portion secondaire comprend une crête centrale qui est centrée sur un plan médian M, la crête centrale étant délimitée latéralement par chacun des premier et second évidements, le plan médian M étant perpendiculaire à l’axe de rotation X de l’ensemble d’étanchéité ;
- chacun des premier et second évidements est défini par un bord vif, le bord vif présentant un contour courbe fermé ;
- chacun des premier et second évidements comprend un fond présentant un congé de raccordement ;
- le premier évidement forme un méplat sur une surface extérieure de la première léchette ;
- le méplat est délimité tangentiellement par deux bords vifs se présentant chacun sous la forme d’une arête vive ;
- chacun des deux bords vifs est sensiblement parallèle à l’axe de rotation X de l’ensemble d’étanchéité ;
- chacun des premier et second évidements est partiellement ou localement débouchant (ou traversant), de manière à former un passage ou une communication entre les premier et second évidements ;
- chaque portion secondaire comprend une portion effilée (ou crête) et une portion pointue séparées l’une de l’autre par le passage et bordés par les premier et second évidements ;
- la portion effilée comprend un tronçon biconcave et un tronçon biconvexe ;
- le tronçon biconcave est adjacent à une portion primaire et le tronçon biconvexe est tangentiellement disposé entre le tronçon biconcave et le passage ;
- le passage est délimité tangentiellement par deux arêtes vives radiales, à savoir une première arête vive de la portion pointue et une seconde arête vive du tronçon biconvexe de la portion effilée ;
- chacun des premier et second évidements est défini par un bord vif, le bord vif présentant un contour courbe ouvert ;
- chaque portion secondaire comprend une plaquette rapportée sur une surface extérieure d’un corps de la première léchette ;
- la plaquette comprend une base en appui sur la surface extérieure du corps et deux ailes en regard s’étendant chacune depuis la base, chacune des ailes étant en appui sur une surface latérale du corps ;
- la base est délimitée tangentiellement par deux bords vifs se présentant chacun sous la forme d’une arête vive ;
- chacun des deux bords vifs est sensiblement parallèle à l’axe de rotation X de l’ensemble d’étanchéité ;
- ledit ensemble d’étanchéité comprend une seconde léchette indépendante et distante axialement de la première léchette, l’organe abradable s’étendant tangentiellement en regard de la seconde léchette.
La présente invention concerne également une turbomachine comprenant au moins un ensemble d’étanchéité tel que décrit précédemment.
Brève description des figures
L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels :
[Fig.1 ] la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d’une turbomachine ;
[Fig.2] la figure 2 est une vue en perspective d’un ensemble d’étanchéité selon un premier mode de réalisation de l’invention ;
[Fig.3] la figure 3 est une vue de face de l’ensemble de la figure 2 ;
[Fig.4] la figure 4 est une vue de détail selon le repère C de la figure 3 ; [Fig.5] la figure 5 est une vue en coupe selon le plan de coupe A-A de la figure 4 ;
[Fig.6] la figure 6 est une vue en coupe selon le plan de coupe B-B de la figure 3 ;
[Fig.7] la figure 7 est une vue en perspective d’un ensemble d’étanchéité selon un second mode de réalisation de l’invention ;
[Fig.8] la figure 8 est une vue de face de l’ensemble de la figure 7 ;
[Fig.9] la figure 9 est une vue de détail selon le repère C de la figure 8 ;
[Fig.10] la figure 10 est une vue en coupe selon le plan de coupe A-A de la figure 9 ;
[Fig.11 ] la figure 11 est une vue en coupe selon le plan de coupe B-B de la figure 8 ;
[Fig.12] la figure 12 est une vue en perspective d’une léchette d’un ensemble d’étanchéité selon un troisième mode de réalisation de l’invention ;
[Fig.13] la figure 13 est une vue de détail en perspective de la léchette de la figure 12 ;
[Fig.14] la figure 14 est une vue de détail de dessus de la léchette de la figure 12 ;
[Fig.15] la figure 15 est une vue de détail de côté de la léchette de la figure 12 ;
[Fig.16] la figure 16 est une vue de détail de face de la léchette de la figure 12 ;
[Fig.17] la figure 17 est une vue en perspective d’une léchette d’un ensemble d’étanchéité selon un quatrième mode de réalisation de l’invention ;
[Fig.18] la figure 18 est une vue de détail en perspective de la léchette de la figure 17 ;
[Fig.19] la figure 19 est une vue de détail de dessus de la léchette de la figure 17 ;
[Fig.20] la figure 20 est une vue de détail de côté de la léchette de la figure 17 ; [Fig.21] la figure 21 est une vue de détail de face de la léchette de la figure 17.
Description détaillée de l'invention
Sur la figure 1 est représentée une turbomachine à double flux 32 qui comprend classiquement d’amont en aval, dans le sens d’écoulement des gaz, une soufflante carénée 33 et un moteur comportant un compresseur basse pression 34, un compresseur haute pression 35, une chambre de combustion 36, une turbine haute pression 37 et une turbine basse pression 38. Les rotors du compresseur basse pression 34 et de la turbine basse pression 38 sont reliés par un arbre basse pression 39 et forment avec lui un corps basse pression. Les rotors du compresseur haute pression 35 et de la turbine haute pression 37 sont reliés par un arbre haute pression 40 et forment avec lui un corps haute pression. L’arbre basse pression 39 et l’arbre haute pression 40 sont coaxiales et mobiles en rotation autour d’un axe de rotation X’.
Le flux d’air généré par la soufflante est divisé, par une structure fixe de la turbomachine 32, en un flux d’air primaire F1 qui pénètre dans une veine primaire 41 du moteur et un flux d’air F2 secondaire qui s’écoule dans une veine secondaire 42 disposée autour du moteur.
Sur les figures 2 à 21 est représenté un ensemble d’étanchéité 1 pour une turbomachine 32 comportant un premier élément 2 et un second élément 3. Les premier et second éléments 2, 3 sont concentriques et en mouvement de rotation relatif l’un par rapport à l’autre autour d’un axe de rotation X. L’ensemble d’étanchéité 1 comprend au moins une léchette 4a-4d et un organe abradable 5. La léchette 4a-4d est de forme annulaire et portée par le premier élément 2. La léchette 4a-4d s’étend radialement vers l’organe abradable 5 et de manière continue autour de l’axe de rotation X. L’organe abradable 5 est de forme annulaire et porté par le second élément 3. L’organe abradable 5 s’étend tangentiellement en regard de la léchette 4a- 4d. Dans la présente demande, on entend par « axial » ou « axialement » toute direction parallèle à l’axe de rotation X, et par « radial » ou « radialement » toute direction perpendiculaire à l’axe de rotation X.
De même, par convention dans la présente demande, les termes « interne », « externe », « intérieur » et « extérieur » sont définis radialement par rapport à l’axe de rotation X.
Selon une première configuration, le premier élément 2 est mobile en rotation autour de l’axe de rotation X et le second élément 3 est fixe. Le second élément 3 s’étend autour du premier élément 2. Dans une telle configuration, le premier élément 2 de l’ensemble d’étanchéité est par exemple un flasque disposé entre deux roues mobiles d’une turbine 37, 28 de la turbomachine 32 et le second élément 3 est un distributeur de la turbine correspondante. Dans un tel exemple, l’axe de rotation X de l’ensemble d’étanchéité est coaxial avec l’axe de rotation X’ de la turbomachine 32.
Selon une seconde configuration, le premier élément est mobile en rotation autour de l’axe de rotation X et le second élément est fixe. Le premier élément s’étend autour du second élément.
Selon une troisième configuration, le premier élément est mobile en rotation suivant un premier sens de rotation et le second élément est mobile en rotation suivant un second sens de rotation qui est opposé au premier sens de rotation, les premier et second éléments étant ainsi contrarotatifs.
Les modes de réalisation illustrés sur les figures correspondent à la première configuration, à savoir le premier élément 2 est mobile en rotation autour de l’axe de rotation X et le second élément 3 est fixe. Le second élément 3 s’étend autour du premier élément 2.
Selon les modes de réalisation illustrés sur les figures, l’ensemble d’étanchéité 1 comprend une unique léchette 4a-4d.
L’ensemble d’étanchéité peut bien évidemment comprendre plusieurs léchettes. Les léchettes sont alors portées par le premier élément. L’organe abradable s’étend tangentiellement en regard des différentes léchettes. Avantageusement, chaque léchette comprend les caractéristiques techniques de l’invention.
Selon les modes de réalisation illustrés sur les figures, le premier élément 2 et la léchette 4a-4d forment la partie rotorique de l’ensemble d’étanchéité 1 . Le premier élément 2 qui porte la léchette 4a-4d se présente sous la forme d’une semelle. La léchette 4a-4d est disposée à l’extérieur du premier élément 2. La léchette 4a-4d s’étend radialement vers l’extérieur depuis le premier élément 2, et autrement dit vers l’organe abradable 5. Le premier élément 2 est ici de section rectangulaire et venue de matière avec le corps de la léchette 4a-4d.
La léchette 4a-4d comprend un corps 7 annulaire s’étendant de manière continue autour de l’axe de rotation X. Le corps 7 comporte une base 8 accolée au premier élément 2 et un sommet défini par une surface extérieure 9. Le corps 7 est délimité latéralement par deux surfaces latérales 10.
Selon les modes de réalisation illustrés sur les figures, le second élément 3 et l’organe abradable 5 forment la partie statorique de l’ensemble d’étanchéité 1. Le second élément 3 qui porte l’organe abradable 5 se présente sous la forme d’une bague. L’organe abradable 5 est disposé à l’intérieur du second élément 3. L’organe abradable 5 s’étend autour de la léchette 4a-4d. Le second élément 3 est ici de section rectangulaire et distinct de l’organe abradable 5, l’organe abradable 5 étant ainsi rapporté sur le second élément 3.
L’organe abradable 5 est annulaire et est formé par de la matière abradable. Le second élément 3 et l’organe abradable 5 ne sont pas représentés sur les figures 12 à 21 pour des raisons de clarté, ils sont identiques sur l’ensemble des figures 2 à 21.
L’organe abradable 5 peut se présenter sous la forme d’une couche (un revêtement ou une garniture), homogène ou hétérogène, obtenue par projection thermique (notamment par projection plasma). La couche est par exemple réalisé dans un alliage CoNiCrAlY. L’organe abradable 5 peut également se présenter sous la forme d’une structure alvéolaire ou en nid d’abeille.
Généralement, les structures en nid d’abeille présentent l’avantage de résister à des températures plus élevées que celles supportées par les structures en couche compacte. Toutefois, les structures en nid d’abeille induisent généralement une perte de charge supplémentaire liée à la présence des alvéoles.
La léchette 4a-4d comprend des portions angulaires primaires 11 (ci-après appelées « portions primaires ») s’étendant chacune tangentiellement suivant un secteur angulaire primaire 1 T. Les portions primaires 11 présentent chacune en section transversale un premier profil 12 constant. Selon les modes de réalisation illustrés sur les figures, le premier profil 12 constant et commun à l’ensemble des portions primaires 11 est sensiblement triangulaire (voir figure 6). Au niveau d’une portion primaire 11 , le corps 7 de la léchette 4a-4d s’amincit alors progressivement depuis la base 8 jusqu’au sommet (défini par une surface extérieure 9).
Les modes de réalisation illustrés sur les figures ne sont en rien limitatifs, le premier profil 12 constant et commun à l’ensemble des portions primaires 11 pourrait bien évidemment présenté en section transversale une autre forme, par exemple trapézoïdale.
Le secteur angulaire primaire 1 T de chacune des portions primaires 11 est défini notamment par un angle au centre a. Les secteurs angulaires primaires 1 T sont représentés en pointillé sur les figures.
Selon l’invention, la léchette 4a-4d comprend également des portions angulaires secondaires 13 (ci-après appelées « portions secondaires ») s’étendant chacune tangentiellement suivant un secteur angulaire secondaire 13’. Les portions secondaires 13 présentent chacune en section transversale un second profil 14 différent du premier profil 12. Le nombre de portions angulaires secondaires 13 est égal au nombre de portions angulaires primaires 11. Les portions angulaires secondaires 13 sont intercalées entre les portions angulaires primaires 11 . La léchette 4a-4d selon l’invention comprend ainsi une alternance (ou une succession alternée) de portions primaires 11 et de portions secondaires 13, et autrement dit deux portions primaires 11 successives sont séparées l’une de l’autre par une portion secondaire 13.
L’alternance de portions primaires 11 et portions secondaires 13 crée une discontinuité autour de l’axe de rotation X, propice à la découpe de l’organe abradable 5 et à l’évacuation des copeaux de matière abradable. Une telle discontinuité permet également d’éviter les contacts prolongés entre la léchette 4a-4d et l’organe abradable 5, et ainsi de limiter l’échauffement induit par les contacts.
Le secteur angulaire secondaire 13’ de chacune des portions secondaires 13 est défini notamment par un angle au centre b. Les secteurs angulaires secondaires 13’ sont représentés en pointillé sur les figures.
Le nombre de portions primaires et secondaires par léchette peut varier et dépend de plusieurs paramètres, et notamment des matériaux, du second profil, de la vitesse de rotation du premier élément.
Les portions secondaires peuvent avoir des caractéristiques géométriques et dimensionnelles différentes.
Les portions secondaires peuvent être identiques par groupe (deux, trois, etc.) et réparties régulièrement autour de l’axe de rotation X, de manière à équilibrer le premier élément, et autrement dit éviter les balourds. Avantageusement, l’ensemble des portions secondaires sont identiques les unes aux autres, de manière à équilibrer le premier élément. Avantageusement, les portions secondaires sont réparties régulièrement autour de l’axe de rotation X, de manière à équilibrer le premier élément. Avantageusement, la léchette présente un plan médian de symétrie M perpendiculaire à l’axe de rotation X, de manière à équilibrer le premier élément.
Le second profil 14 d’une portion secondaire 13 est différent du premier profil 12 commun aux portions primaires 11 .
Le second profil d’une portion secondaire peut être constant d’une position angulaire à une autre.
Avantageusement, le second profil d’une portion secondaire varie d’une position angulaire à une autre. Une variation du second profil permet d’éviter les contacts prolongés entre la léchette et l’organe abradable. Avantageusement, chaque portion secondaire comprend au moins un bord vif (bord tranchant, bord de coupe ou bord en saillie). Un tel bord permet de faciliter la découpe de l’organe abradable lors d’un contact, et ainsi de limiter l’échauffement induit par les contacts entre la léchette et l’organe abradable. Pour maximiser la découpe, le bord vif peut être parallèle à l’axe de rotation X ou incliné d’un angle aigu par rapport à l’axe de rotation X. Le bord vif peut par exemple être obtenu par ajout ou retrait de matière au niveau du corps de la léchette. Le bord vif peut également être obtenu par ajout d’une plaquette sur le corps de la léchette.
Chaque portion secondaire peut comprendre un premier évidement ouvert radialement vers l’extérieur. Le premier évidement de chaque portion secondaire peut déboucher sur au moins une surface latérale de la léchette. Le premier évidement de chaque portion secondaire peut avoir la forme d’un segment circulaire. Le premier évidement de chaque portion secondaire peut former un méplat sur une surface extérieure de la léchette.
Chaque portion secondaire peut comprendre un second évidement symétrique au premier évidement par rapport à un plan médian M de la léchette. Le plan médian M est perpendiculaire à l’axe de rotation X de l’ensemble d’étanchéité.
Le ou les évidements créent un ou plusieurs vides qui facilitent l’évacuation des copeaux de matière abradable hors de l’ensemble d’étanchéité, et par conséquent limitent l’échauffement induit par les contacts.
Chaque portion secondaire peut comprendre une plaquette rapportée sur une surface extérieure du corps de la léchette. La plaquette peut comprendre une base et deux ailes en regard s’étendant chacune depuis la base. La base est alors en appui sur la surface extérieure du corps et chacune des ailes est en appui sur une surface latérale du corps. Selon le premier mode de réalisation illustré sur les figures 2 à 6, la léchette 4a de l’ensemble d’étanchéité 1 comprend trois portions secondaires 13 identiques réparties régulièrement autour de l’axe de rotation X. Le secteur angulaire secondaire 13’ de chaque portion secondaire 13 présente un angle au centre b d’environ 12°.
Tel qu’illustré sur les figures, et notamment la figure 5, chaque portion secondaire 13 présente en section transversale un second profil 14 en forme de T.
Plus précisément, chaque portion secondaire 13 comprend deux évidements 17a, 18a symétriques par rapport au plan médian M de la léchette 4a. Chaque portion secondaire 13 (ou secteur angulaire secondaire 13’) est délimitée angulairement par chacune des extrémités tangentielles des évidements 17a, 18a. Chaque évidement 17a, 18a est ouvert radialement vers l’extérieur et débouche sur une surface latérale 10 du corps 7 de la léchette 4a. Chaque évidement 17a, 18a est borgne (ou non débouchant), et autrement dit les deux évidements 17a, 18a ne communiquent pas l’un avec l’autre. Chaque évidement 17a, 18a a la forme d’un segment circulaire. Le corps 7 comprend ainsi une crête 21 centrale (centrée sur le plan médian M) délimitée latéralement par chacun des évidements 17a, 18a. Chaque évidement 17a, 18a est défini par un bord vif 15a. Le bord vif 15a de chaque évidement 17a, 18a présente un contour courbe fermé. Chaque évidement 17a, 18a comprend un fond 22 présentant ici un congé de raccordement 23. Selon le second mode de réalisation illustré sur les figures 7 à 11 , la léchette 4b de l’ensemble d’étanchéité 1 comprend quatre portions secondaires 13 identiques réparties régulièrement autour de l’axe de rotation X. Le secteur angulaire secondaire 13’ de chaque portion secondaire 13 présente un angle au centre b d’environ 25°.
Tel qu’illustré sur les figures, et notamment les figures 10 et 11 , chaque portion secondaire 13 présente en section transversale un second profil 14 trapézoïdal.
Plus précisément, chaque portion secondaire 13 comprend un évidement 17b débouchant ou traversant. Chaque portion secondaire 13 (ou secteur angulaire secondaire 13’) est délimitée angulairement par chacune des extrémités tangentielles de l’évidement 17b. L’évidement 17b forme un méplat 24 (ou face plane) sur la surface extérieure 9 de la léchette 4b. Le méplat 24 est délimité tangentiellement par deux bords vifs 15b se présentant chacun sous la forme d’une arête vive. Les bords vifs 15b sont sensiblement parallèles à l’axe de rotation X.
Le second mode de réalisation présente l’avantage d’être simple de fabrication.
Selon le troisième mode de réalisation illustré sur les figures 12 à 16, la léchette 4c de l’ensemble d’étanchéité 1 comprend six portions secondaires 13 identiques réparties régulièrement autour de l’axe de rotation X. Le secteur angulaire secondaire 13’ de chaque portion secondaire 13 présente un angle au centre b d’environ 15°.
Tel qu’illustré sur les figures, chaque portion secondaire 13 présente en section transversale un second profil 14 complexe évolutif.
Plus précisément, chaque portion secondaire 13 comprend deux évidements 17c, 18c symétriques par rapport au plan médian M de la léchette 4c. Chaque portion secondaire 13 (ou secteur angulaire secondaire 13’) est délimitée angulairement par chacune des extrémités tangentielles des évidements 17c, 18c. Chaque évidement 17c, 18c est ouvert radialement vers l’extérieur et débouche sur une surface latérale 10 du corps 7 de la léchette 4c. Chaque évidement 17c, 18c est partiellement ou localement débouchant (ou traversant), de manière à former un passage 25 ou une communication entre les deux évidements 17c, 18c. Le corps 7 comprend ainsi une portion effilée 26 (ou crête) et une portion pointue 27 séparées l’une de l’autre par le passage 25 et bordés par les évidements 17c, 18c. La portion effilée 26 comprend un tronçon biconcave 28 et un tronçon biconvexe 29. Le tronçon biconcave 28 est adjacent à une portion primaire 11 et le tronçon biconvexe 29 est tangentiellement disposé entre le tronçon biconcave 28 et le passage 25. Le passage 25 est délimité tangentiellement par deux arêtes vives radiales, à savoir une première arête vive de la portion pointue 27 et une seconde arête vive du tronçon biconvexe 29 de la portion effilée 26. Chaque évidement 17c, 18c est défini par un bord vif 15c. Le bord vif 15c de chaque évidement 17c, 18c présente un contour courbe ouvert. Chaque évidement 17c, 18c comprend un fond 30 présentant ici un congé de raccordement 31 .
Les évidements décrits dans les premier, second et troisième modes de réalisation peuvent être réalisés par usinage sur des machines-outils (par exemple une machine à commande numérique) via diverses opérations. Dans le cas où un revêtement protecteur est appliqué sur la ou les léchettes, les évidements pourront être usinés avant ou après le dépôt du revêtement protecteur.
Selon le quatrième mode de réalisation illustré sur les figures 17 à 21 , la léchette 4d de l’ensemble d’étanchéité 1 comprend huit portions secondaires 13 identiques réparties régulièrement autour de l’axe de rotation X. Le secteur angulaire secondaire 13’ de chaque portion secondaire 13 présente un angle au centre b d’environ 10°.
Tel qu’illustré sur les figures, chaque portion secondaire 13 présente en section transversale un second profil 14 complexe constant.
Plus précisément, chaque portion secondaire 13 comprend une plaquette 16 rapportée sur la surface extérieure 9 du corps 7 de la léchette 4d. Chaque portion secondaire 13 (ou secteur angulaire secondaire 13’) est délimitée angulairement par chacune des extrémités tangentielles de la plaquette 16. La plaquette 16 présente en section transversale un profil en V. La plaquette 16 chevauche le corps 7 de la léchette 4d. La plaquette 16 comprend une base 19 et deux ailes 20 en regard s’étendant chacune depuis la base 19. La base 19 est alors en appui sur la surface extérieure 9 du corps 7 et chacune des ailes 20 est en appui sur une surface latérale 10 du corps 7. La plaquette 16 présente une épaisseur constante mais elle pourrait être évolutive. La base 19 est délimitée tangentiellement par deux bords vifs 15d se présentant chacun sous la forme d’une arête vive. Les bords vifs 15d sont sensiblement parallèles à l’axe de rotation X.
Pour l’ensemble des modes de réalisation, les éléments de l’ensemble d’étanchéité sont généralement réalisés dans un ou plusieurs matériaux résistants aux fortes chaleurs, par exemple un matériau métallique (alliage à haute performance ou superalliage) ou un matériau céramique.
Le ou les matériaux utilisés dépendent notamment de la température de l’environnement dans lequel l’ensemble d’étanchéité est placé.
La ou les léchettes peuvent comprendre un ou plusieurs revêtements protecteurs en surface. Le ou les revêtements protecteurs permettent généralement de protéger la léchette de l’usure et de la température lors des contacts. Le revêtement protecteur comprend par exemple du dioxyde de titane.
Le corps de la léchette peut être d’un seul tenant (ou en une pièce).

Claims

REVENDICATIONS
1 . Ensemble d’étanchéité (1 ) pour une turbomachine (32) comportant un premier élément (2) et un second élément (3), les premier et second éléments (2, 3) étant concentriques et en mouvement de rotation relatif l’un par rapport à l’autre autour d’un axe de rotation (X), ledit ensemble d’étanchéité (1) comprenant au moins une première léchette (4a-4d) et un organe abradable (5), la première léchette (4a-4d) étant de forme annulaire et portée par le premier élément (2), la première léchette (4a-4d) s’étendant radialement vers l’organe abradable (5) et de manière continue autour de l’axe de rotation (X), l’organe abradable (5) étant de forme annulaire et porté par le second élément (3), l’organe abradable (5) s’étendant tangentiellement en regard de la première léchette (4a-4d), la première léchette (4a-4d) comprenant des portions angulaires primaires (11) s’étendant chacune tangentiellement suivant un secteur angulaire primaire (1 T), lesdites portions angulaires primaires (11) présentant chacune en section transversale un premier profil (12) constant, caractérisé en ce que la première léchette (4a-4d) comprend des portions angulaires secondaires (13) s’étendant chacune tangentiellement suivant un secteur angulaire secondaire (13’), lesdites portions angulaires secondaires (13) présentant chacune en section transversale un second profil (14) différent dudit premier profil (12), le nombre de portions angulaires secondaires (13) étant égal au nombre de portions angulaires primaires (11), les portions angulaires secondaires (13) étant intercalées entre les portions angulaires primaires (11).
2. Ensemble d’étanchéité (1) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le second profil (14) d’au moins une des portions angulaires secondaires (13) varie d’une position angulaire à une autre.
3. Ensemble d’étanchéité (1) selon l’une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que chaque portion secondaire (13) comprend au moins un bord vif (15a-15d).
4. Ensemble d’étanchéité (1) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque portion secondaire (13) comprend un premier évidement (17a-17c) ouvert radialement vers l’extérieur.
5. Ensemble d’étanchéité (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que le premier évidement (17a-17c) débouche sur au moins une surface latérale (10) de la première léchette (4a-4c).
6. Ensemble d’étanchéité (1) selon l’une des revendications 4 à 5, caractérisé en ce que chaque portion secondaire (13) comprend un second évidement (18a, 18c) symétrique au premier évidement (17a, 17c) par rapport à un plan médian (M) de la première léchette, le plan médian (M) étant perpendiculaire à l’axe de rotation (X) de l’ensemble d’étanchéité (1).
7. Ensemble d’étanchéité (1) selon l’une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le premier évidement (17a) a la forme d’un segment circulaire.
8. Ensemble d’étanchéité (1) selon l’une des revendications 4 à 5, caractérisé en ce que le premier évidement (17b) forme un méplat (24) sur une surface extérieure (9) de la première léchette (4b).
9. Ensemble d’étanchéité (1) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque portion secondaire (13) comprend une plaquette (16) rapportée sur une surface extérieure (9) d’un corps (7) de la première léchette (4d).
10. Ensemble d’étanchéité (1) selon la revendication 9, caractérisé en ce que la plaquette (16) comprend une base (19) en appui sur la surface extérieure (9) du corps (7) et deux ailes (20) en regard s’étendant chacune depuis la base (19), chacune des ailes (20) étant en appui sur une surface latérale (10) du corps (7).
11. Ensemble d’étanchéité (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit ensemble d’étanchéité (1) comprend une seconde léchette indépendante et distante axialement de la première léchette (4a-4d), l’organe abradable (5) s’étendant tangentiellement en regard de la seconde léchette.
12. Turbomachine (32) comprenant au moins un ensemble d’étanchéité (1) selon l’une des revendications précédentes.
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