EP4709971A1 - Joint d'etancheite pour turbomachine - Google Patents

Abstract

Joint d'étanchéité configuré pour assurer un jeu prédéfini (j) entre ledit joint et une surface externe (500) d'un rotor monté rotatif autour d'un axe A disposée en regard du joint, le joint d'étanchéité étant caractérisé en ce que la surface interne (Sint) de chaque secteur d'anneau interne (13) comprend une pluralité de motifs creusés à partir de la surface interne (Sint) du secteur d'anneau interne (13), la pluralité de motifs comprenant au moins : - un premier motif (100) ayant une forme longiligne s'étendant selon une direction oblique par rapport à la direction axiale; et - un deuxième motif (200) comprenant une première partie (201) s'étendant selon la même direction oblique que le premier motif (100), et une deuxième partie (202) s'étendant selon la direction circonférentielle.

Description

Description

Titre de l'invention : Joint d'étanchéité pour turbomachine

Domaine Technique

[0001] Le présent exposé concerne un joint d'étanchéité particulier, ainsi qu'une turbomachine comprenant un tel joint.

Technique antérieure

[0002] La conception des circuits de ventilation d'une turbomachine aéronautique est délicate et représente une perte potentielle de performance.

[0003] En effet, la turbomachine est d'autant plus performante qu'elle fonctionne à haute température. Cependant, les matériaux la constituant nécessitent alors un refroidissement plus important. Le refroidissement est généralement réalisé par prélèvement d'une partie de l'air relativement froid de la veine, ce qui nuit à la performance générale.

[0004] En outre, le circuit de refroidissement impose de réaliser une architecture complexe pour permettre à l'air de refroidissement d'atteindre les aubes à refroidir depuis l'endroit où il est prélevé.

[0005] Afin d'assurer que le circuit d'air ne soit pas alimenté par plus d'air de refroidissement que nécessaire, et ne nuise donc pas outre mesure à la performance de la turbomachine, il est généralement disposé des joints à labyrinthes aux endroits de prélèvement d'air.

[0006] De tels joints d'étanchéité permettent d'assurer un passage d'air contrôlé aux endroits où ils sont disposés. L'architecture classique des joints à labyrinthe comprend des léchettes disposées face à des éléments abradables qui présentent une structure alvéolaire de type nids d'abeilles.

[0007] Ce type de joint présente néanmoins pour désavantage que l'usure des léchettes par frottement contre les éléments abradables augmente le jeu du joint à l'échelle de la durée de vie du joint, et permet ainsi un passage d'air plus grand, ce qui conduit in fine à un trop grand prélèvement d'air et donc à une perte de performance de la turbomachine.

[0008] C'est pourquoi il demeure un besoin pour des joints qui s'usent moins au cours de leur durée de vie.

Exposé de l'invention [0009] La présente invention vise précisément à répondre à ce besoin.

[0010] Elle propose pour cela un joint d'étanchéité configuré pour assurer un jeu prédéfini entre ledit joint et une surface externe d'un rotor monté rotatif autour d'un axe A disposée en regard du joint, l'axe A définissant une direction axiale, le joint s'étendant circonférentiellement autour de l'axe A et comprenant une pluralité de secteurs de joints répartis circonférentiellement autour de l'axe A, chaque secteur de joint comprenant un secteur d'anneau interne relié à un secteur d'anneau externe par un organe de rappel, le joint d'étanchéité étant caractérisé en ce que la surface interne de chaque secteur d'anneau interne comprend une pluralité de motifs creusés à partir de la surface interne du secteur d'anneau interne, la pluralité de motifs comprenant au moins :

- un premier motif ayant une forme longiligne s'étendant selon une direction oblique par rapport à la direction axiale depuis le bord amont du secteur d'anneau interne et jusqu'à une première portion non creusée de la surface interne du secteur d'anneau interne ; et

- un deuxième motif comprenant une première partie s'étendant selon la même direction oblique que le premier motif depuis le bord amont du secteur d'anneau interne et jusqu'à une deuxième portion non creusée de la surface interne du secteur d'anneau interne plus proche axialement du bord aval du secteur d'anneau interne que la première portion non creusée, la première partie du deuxième motif étant séparée dans la direction circonférentielle du premier motif par une troisième portion non creusée de la surface interne du secteur d'anneau interne, le deuxième motif comprenant en outre une deuxième partie s'étendant selon la direction circonférentielle entre la première portion non creusée et la deuxième portion non creusée de la surface interne du secteur d'anneau interne.

[0011] Une telle architecture du joint diffère radicalement d'un joint à labyrinthe.

[0012] Cependant la surface interne du secteur d'anneau interne assure bien une étanchéité aérodynamique en assurant un jeu prédéfini avec la surface en regard.

[0013] Il est entendu que l'étanchéité mise en jeu ici n'est pas une étanchéité stricte au sens ou l'air ne pourrait pas passer le joint, mais une étanchéité relative, le but du joint étant de laisser passer une quantité d'air définie.

[0014] La « répartition circonférentielle » des secteurs de joint entend signifier que chaque secteur de joint définit une portion de la circonférence du joint, et que l'ensemble des secteurs de joint permet d'obtenir le joint complet.

[0015] Dans un mode de réalisation, la répartition circonférentielle est régulière, et chaque secteur de joint représente alors une portion égale de la circonférence du joint d'étanchéité. [0016] Il est entendu que le jeu prédéfini est un jeu « cible », et qu'il est possible que le jeu varie légèrement autour de la valeur de jeu prédéfini dans des conditions d'utilisation du joint. Lorsque le joint est dans sa position d'équilibre, le jeu prédéfini permet d'assurer que le flux d'air traversant le joint soit le flux d'air souhaité. Toutefois, si le jeu n'est pas à sa position d'équilibre, l'architecture du joint permet de l'y ramener.

[0017] Plus précisément, la surface interne du secteur d'anneau interne comprenant les motifs interagit avec le flux d'air incident de telle sorte que :

- si le jeu diminue, la pression de l'air entre la surface du joint et la surface en regard augmente, de sorte à repousser le joint d'étanchéité et le ramener ainsi au jeu prédéfini ; et

- si le jeu augmente, la pression de l'air entre la surface du joint et la surface en regard diminue, de sorte qu'un élément de rappel relié au joint d'étanchéité permette de ramener le joint d'étanchéité au jeu prédéfini.

[0018] Cet équilibre aérodynamique permet d'éviter à tout moment que la surface interne du secteur d'anneau interne ne vienne en contact de la surface en regard et le joint diffère en cela des joints à labyrinthe. On s'affranchit ainsi du problème d'usure qui peut être rencontré pour les joints à labyrinthe classiques.

[0019] En outre, les motifs proposés dans l'épaisseur de la surface interne du secteur d'anneau interne permettent d'améliorer le comportement aérodynamique du joint d'étanchéité, et cela même comparativement à une surface interne de secteur d'anneau interne qui comprendrait des motifs différents, par exemple uniquement des motifs obliques.

[0020] Dans un mode de réalisation, le jeu entre la surface interne du secteur d'anneau interne et la surface radialement en regard peut être compris entre 0,1 et 1,0 mm voire entre 0,5 mm et 1,0 mm.

[0021] Les motifs creusés à partir de la surface interne du secteur d'anneau interne permettent de modifier le comportement du joint d'étanchéité, notamment en augmentant davantage la pression exercée par l'air sur la surface interne du secteur d'anneau interne lorsque cette dernière se rapproche de la surface en regard.

[0022] Cela rend encore plus improbable le contact entre la surface interne du secteur d'anneau interne et la surface radialement en regard diminuant ainsi le risque d'usure du joint.

[0023] En particulier, la disposition choisie pour le premier motif et le deuxième motif permettent spécifiquement d'augmenter encore davantage la pression présente sous le joint comparativement à d'autres géométries des motifs. [0024] Notamment, les inventeurs ont constaté que la géométrie proposée pour les motifs, augmente la force de pression appliquée par l'air sous la surface interne du secteur d'anneau interne comparativement à des secteurs d'anneau interne ne comprenant que des motifs obliques, et sans motifs avec une forme « en L » comme les deuxièmes motifs de l'invention.

[0025] Les motifs sont dits « creusés à partir de la surface interne du secteur d'anneau interne», car il doit être compris que les motifs forment un relief dans la direction radiale du secteur d'anneau, c'est-à-dire la direction perpendiculaire à l'axe A, et depuis la surface interne du secteur d'anneau interne.

[0026] Dans un mode de réalisation, l'axe A peut être l'axe principal d'une turbomachine.

[0027] Dans un mode de réalisation, la surface interne du secteur d'anneau interne comprend en outre au moins un troisième motif comprenant une première partie s'étendant selon la même direction oblique que le premier motif depuis le bord amont du secteur d'anneau interne et jusqu'à une quatrième portion non creusée de la surface interne du secteur d'anneau interne plus proche axialement du bord aval du secteur d'anneau interne que la deuxième portion non creusée, la première partie du troisième motif étant séparée dans la direction circonférentielle de la première partie du deuxième motif par une cinquième portion non creusée de la surface interne du secteur d'anneau interne, le troisième motif comprenant en outre une deuxième partie s'étendant selon la direction circonférentielle entre la deuxième portion non creusée et la quatrième portion non creusée de la surface interne du secteur d'anneau interne.

[0028] Ce mode de réalisation permet d'améliorer encore davantage la pression appliquée par l'air sous la surface interne du secteur d'anneau interne en fonctionnement, lorsque le jeu du joint est inférieur au jeu cible.

[0029] Cela assure un comportement plus réactif du joint, et donc diminue le risque que la surface interne du secteur d'anneau interne ne rentre en contact avec la surface du rotor.

[0030] L'inclinaison quantifiant la caractéristique « oblique » des motifs s'entend comme l'angle définit entre la direction dans laquelle s'étend la longueur d'un motif et la direction axiale.

[0031] Dans un mode de réalisation, les motifs s'étendent selon une direction oblique en présentant un angle d'inclinaison par rapport à la direction axiale, cet angle d'inclinaison étant supérieur ou égal à 30°. [0032] L'angle d'inclinaison des motifs permet d'une part d'inscrire plus de motifs ou des motifs de plus grande longueur à la surface d'un secteur d'anneau interne de dimensions données.

[0033] Dans un mode de réalisation, l'angle d'inclinaison des motifs est compris entre 30° et 60°, voire comprise entre 30° et 45°.

[0034] En effet, cela permet d'assurer en outre que le flux d'air, qui possède éventuellement une vitesse tangentielle du fait de la rotation de plusieurs éléments avec lesquels il est éventuellement en contact, entre dans le motif sans voir une discontinuité trop importante.

[0035] De préférence, l'angle d'inclinaison est orienté dans le même sens que la vitesse tangentielle du flux d'air, ou encore dans le sens de rotation de la surface en regard par rapport au secteur d'anneau interne.

[0036] Dans un mode de réalisation, la surface en regard du joint est une surface d'un rotor monté rotatif autour de l'axe A, par exemple le rotor d'une turbine haute pression d'une turbomachine aéronautique. Dans un mode de réalisation, les motifs peuvent être inclinés dans la même direction que le sens de rotation du rotor.

[0037] Cela assure que l'orientation des motifs soit dans le sens de la vitesse tangentielle de l'air traversant lesdits motifs, ce qui améliore les performances générales du joint d'étanchéité.

[0038] Dans un mode de réalisation, la deuxième partie d'un motif comprenant deux parties, c'est-à-dire d'un deuxième motif, ou le cas échéant d'un troisième motif, peut s'étendre depuis la première partie de ce motif dans la direction circonférentielle, dans le même sens que le sens de rotation du rotor.

[0039] Ce mode de réalisation assure que l'air circulant dans le motif reçoive une pression dynamique encore plus élevée ce qui augmente encore davantage la pression appliquée sur la surface interne du secteur d'anneau interne, augmentant ainsi la réactivité du joint.

[0040] Dans un mode de réalisation pour un motif qui comprend deux parties dont il est dit que la deuxième partie s'étend selon la direction circonférentielle, il faut comprendre que la deuxième partie peut avoir dans la direction circonférentielle une dimension plus grande que celle de la première partie.

[0041] Un tel motif pourra également être dit « en forme de L » étant entendu que le flux d'air incident traversant le joint parcourt un tel « L » de haut en bas, c'est-à-dire que l'air entre par la première partie du motif ayant une plus faible étendue dans la direction circonférentielle que la deuxième partie du motif.

[0042] Toutefois, du fait de la direction oblique de la première partie d'un tel motif, il faut comprendre que le motif n'est pas limité strictement à une forme de L dont la première partie serait perpendiculaire à la deuxième.

[0043] Dans un mode de réalisation, la surface interne d'un secteur d'anneau interne peut comprendre une répétition dans la direction circonférentielle de plusieurs ensembles de motifs chaque ensemble de motif comprenant un premier motif, un deuxième motif et optionnellement un troisième motif tel que décrit ci-dessus.

[0044] Chaque ensemble de motifs est alors séparé d'un autre ensemble, ou le cas échéant de l'extrémité circonférentielle de la surface interne du secteur d'anneau interne par une portion non-creusée de la surface interne.

[0045] Dans un mode de réalisation, la surface interne d'un secteur d'anneau comprend entre 3 et 10 répétitions d'un ensemble de motifs, chaque ensemble de motifs comprenant un premier motif, un deuxième motif et optionnellement un troisième motif tel que décrit ci- dessus, chaque ensemble de motifs étant séparé du précédent ou du suivant par une portion non-creusée de la surface interne.

[0046] Le cas échéant un motif peut être séparé d'une l'extrémité circonférentielle de la surface interne du secteur d'anneau interne par une portion non creusée.

[0047] La profondeur d'un motif s'entend comme la distance entre la surface interne du secteur d'anneau interne non creusée et la surface du motif, mesurée perpendiculairement à la surface du secteur d'anneau interne, c'est-à-dire selon la direction radiale.

[0048] Dans un mode de réalisation, les motifs présentent une portion plane sur laquelle la profondeur ne varie pas, et l'on considérera que la profondeur de cette portion plane est la profondeur du motif. Si les motifs ne présentent pas une telle portion plane ou s'ils présentent plus d'une portion plane, on appellera profondeur du motif la profondeur moyenne du motif.

[0049] Les modes de réalisation décrits à présents permettent d'assurer un retour plus rapide du joint d'étanchéité à son jeu prédéfini, et donc à sa position d'équilibre en augmentant la pression radialement sous la surface interne lorsque le jeu devient plus faible que le jeu prédéfini. [0050] Ainsi, ces modes de réalisation assurent en outre que la surface interne du secteur d'anneau interne ne rentre pas en contact avec la surface en regard dans les modes de fonctionnement prévus ou même accidentels.

[0051] Dans un mode de réalisation, les motifs présentent une zone aval de motif plane de profondeur constante et non nulle et une zone amont de motif dans laquelle la profondeur varie de façon décroissante en restant supérieure à la profondeur constante de la zone aval de motif.

[0052] Plus précisément, lorsqu'un motif comprend une première et une deuxième partie, il est préféré que toute la deuxième partie ait une profondeur constante, i.e. soit située dans la zone aval du motif, et que la première partie présente une zone amont dont la profondeur varie de façon décroissante et une zone aval de profondeur constante.

[0053] Dans un tel mode de réalisation, la profondeur de la deuxième partie du motif est identique à la profondeur de la zone aval de la première partie de motif.

[0054] La zone aval assure le rôle général du motif qui est d'augmenter la pression sur la surface interne du secteur d'anneau interne lorsque le jeu est plus faible que le jeu prédéfini.

[0055] Dans un mode de réalisation, la zone amont de chaque motif de motifs peut présenter une forme arrondie, c'est-à-dire convexe.

[0056] De manière alternative, la zone amont peut présenter une profondeur qui diminue de façon régulière, c'est-à-dire en forme de pente.

[0057] De préférence, la profondeur maximale de la zone amont, située sur le bord amont du secteur d'anneau interne peut être supérieure ou égale à 0,4 mm.

[0058] La zone amont permet d'assurer une faible perte de pression à l'entrée du joint d'étanchéité. Cela permet ainsi d'améliorer l'efficacité du joint dans son ensemble.

[0059] En outre, puisque les motifs sont séparés par une portion non creusée de la surface interne du secteur d'anneau interne et que la profondeur de la partie aval du motif est non nulle, ce mode de réalisation assure que l'air parcourant les motifs rencontre une paroi dirigée dans la direction radiale à la fin du motif.

[0060] Cela est vrai pour un premier motif, pour un deuxième motif et le cas échéant pour un troisième motif. [0061] Ces parois assurent que l'effort effectué par l'air radialement sous la surface interne du secteur d'anneau interne soit dirigé dans la direction radiale, et cela indépendamment de sa vitesse tangentielle, ce qui augmente les performances du joint d'étanchéité.

[0062] Dans un mode de réalisation, chaque motif comprend une zone aval de motif plane de profondeur constante et non nulle et une zone amont de motif dans laquelle la profondeur varie de façon décroissante en restant supérieure à la profondeur constante de la zone aval de motif.

[0063] Dans un mode de réalisation, la profondeur de la partie aval du motif peut être comprise entre 0,5 fois et 2,5 fois le jeu prédéfini pour le joint d'étanchéité.

[0064] Les inventeurs ont en effet constaté que ces valeurs de profondeur assurent une excellente répartition des pressions dans le joint ce qui améliore l'efficacité du joint.

[0065] Pour caractériser les dimensions préférées des motifs, ou le cas échéant des parties de motifs, il sera utilisé l'expression « la largeur de la surface interne du secteur d'anneau interne parcourue dans la direction de la longueur ».

[0066] Au sens de l'invention, l'expression « la largeur de la surface interne du secteur d'anneau interne parcourue dans la direction de la longueur des motifs » entend caractériser la dimension de la surface interne du secteur d'anneau interne parcourue dans une direction décalée de la direction axiale d'un angle égal à l'inclinaison des motifs.

[0067] Ainsi, la largeur de la surface interne du secteur d'anneau interne parcourue dans la direction de la longueur des motifs correspond à la largeur de la surface interne du secteur d'anneau interne parcourue dans la direction axiale divisée par le cosinus de l'angle d'inclinaison des motifs.

[0068] Dans un mode de réalisation, la longueur de la zone amont des motifs peut être comprise entre 5 % et 15 % de la largeur de la surface interne du secteur d'anneau interne parcourue dans la direction de la longueur des motifs.

[0069] Dans un mode de réalisation, la longueur du premier motif, qui correspond également à la longueur entre le bord amont du secteur d'anneau et la première portion non creusée peut être comprise entre 50% et 80 % la largeur de la surface interne du secteur d'anneau interne parcourue dans la direction de la longueur des motifs.

[0070] En particulier, s'il n'y a pas d'autre motifs que des premiers et deuxième motifs, il est préférable que la longueur de la première partie du deuxième motif soit comprise entre 60% et 80% de la largeur de la surface interne du secteur d'anneau interne parcourue dans la direction de la longueur des motifs.

[0071] S'il y a des troisièmes motifs, il est préférable que la longueur de la première partie du deuxième motif soit comprise entre 50 % et 75 % de la largeur de la surface interne du secteur d'anneau interne parcourue dans la direction de la longueur des motifs.

[0072] Dans un mode de réalisation, la longueur de la première partie du deuxième motif, qui correspond également à la longueur entre le bord amont du secteur d'anneau et la deuxième portion non creusée peut être comprise entre 60 % et 95% la largeur de la surface interne du secteur d'anneau interne parcourue dans la direction de la longueur des motifs.

[0073] En particulier, s'il n'y a pas d'autre motifs que des premiers et deuxième motifs, il est préférable que la longueur de la première partie du deuxième motif soit comprise entre 70% et 95% de la largeur de la surface interne du secteur d'anneau interne parcourue dans la direction de la longueur des motifs.

[0074] S'il y a des troisièmes motifs, il est préférable que la longueur de la première partie du deuxième motif soit comprise entre 60% et 80% de la largeur de la surface interne du secteur d'anneau interne parcourue dans la direction de la longueur des motifs.

[0075] Si des troisièmes motifs sont présents, la longueur de la première partie du troisième motif, qui correspond également à la longueur entre le bord amont du secteur d'anneau et la quatrième portion non creusée, peut être comprise entre 70% et 95% de la largeur de la surface interne du secteur d'anneau interne parcourue dans la direction de la longueur des motifs.

[0076] Dans un mode de réalisation, la largueur dans la direction circonférentielle des premiers motifs ou de la première partie des deuxièmes et le cas échéant troisième motifs peut être comprise entre 0,5 et 1,5 cm.

[0077] De préférence, la largeur du premier motif est comprise entre 85 % et 95 % de la largeur de la première partie du deuxième motif.

[0078] Si des troisièmes motifs sont présents, la largeur de la première partie du deuxième motif peut être comprise entre 85% et 95% de la largeur de la première partie du troisième motif. [0079] Dans un mode de réalisation, l'étendue dans la direction circonférentielle de la deuxième partie du deuxième motif est telle qu'elle s'étend jusqu'au prolongement de l'extrémité circonférentielle du premier motif.

[0080] En d'autres termes, la largeur de la portion non creusée entre le premier motif et le motif adjacent circonférentiellement est égale à la largeur de la portion non creusée entre la deuxième partie du deuxième motif et le motif adjacent circonférentiellement.

[0081] Dans un mode de réalisation où des troisièmes motifs sont présents, l'étendue dans la direction circonférentielle de la deuxième partie du troisième motif est telle qu'elle s'étend jusqu'au prolongement de l'extrémité circonférentielle du premier motif.

[0082] En d'autres termes, la largeur de la portion non creusée entre le premier motif et le motif adjacent circonférentiellement est égale à la largeur de la portion non creusée entre la deuxième partie du troisième motif et le motif adjacent circonférentiellement.

[0083] Dans un mode de réalisation, la largeur des portions non creusée de la surface interne du secteur d'anneau interne sont toutes inférieures à 0,2 mm, par exemple comprises entre 0,05 et 0,2 mm.

[0084] Ces dimensions permettent d'assurer le bon comportement du joint d'étanchéité.

[0085] Comme décrit, la surface interne du secteur d'anneau interne comprend après la deuxième partie du dernier motif une portion non creusée de la surface interne du secteur d'anneau interne. Cette portion est la deuxième ou la quatrième portion non creusée selon que des troisièmes motifs sont ou non présents.

[0086] Dans un mode de réalisation, cette portion non creusée est séparée du bord aval du secteur d'anneau interne par une portion d'augmentation de la profondeur du secteur d'anneau interne.

[0087] Un tel profil permet de réduire l'hétérogénéité de pression à la sortie du joint d'étanchéité, ce qui réduit le risque d'instabilité vibratoire du joint à cause du sillage de l'air qui le traverse.

[0088] Dans un mode de réalisation, la surface interne du secteur d'anneau interne comprend un ensemble de motifs répété entre 3 et 10 fois à l'identique dans la direction circonférentielle, chaque ensemble de motifs étant séparé du précédent et du suivant par une portion non creusée de la surface interne du secteur d'anneau interne. [0089] En d'autres termes, lorsque l'on parcourt la surface interne du secteur d'anneau interne dans la direction circonférentielle, on rencontre une alternance de premier et de deuxième motifs, ou le cas échéant de premier, de deuxième et de troisième motifs.

[0090] Dans un mode de réalisation, les secteurs d'anneau externes forment une virole externe et les secteurs d'anneau internes présentent des extrémités agencées bout-à-bout dans la direction circonférentielle autour de l'axe A.

[0091] Dans un tel mode de réalisation, les extrémités circonférentielles des secteurs d'anneau interne peuvent présenter un angle d'inclinaison par rapport à la direction circonférentielle compris entre 30° et 90°.

[0092] Cette inclinaison des extrémités circonférentielles des secteurs d'anneau interne des secteurs de joints permet d'assurer un déplacement des secteurs d'anneau interne des secteurs de joints les uns par rapport aux autres.

[0093] En effet, au cours de l'utilisation, le déplacement radial des secteurs d'anneau interne n'est pas uniforme. Une inclinaison des extrémités des secteurs d'anneau interne permet de réduire le jeu existant entre deux secteurs d'anneau interne, améliorant ainsi l'efficacité du joint.

[0094] Dans un mode de réalisation, le joint d'étanchéité comprend entre 5 et 20 secteurs de joints.

[0095] Pour des raisons de tenue mécanique, d'encombrement et pour assurer la planéité de la surface des joints d'étanchéité, on préférerait avoir le plus de secteurs possible. En revanche, pour des raisons aérodynamiques, il convient d'éviter les fuites, et donc de minimiser le nombre de secteurs de joints. Les inventeurs ont constaté qu'un tel nombre de secteurs de joints était un compromis optimal entre ces deux effets opposés.

[0096] Dans un mode de réalisation, les secteurs d'anneau externe d'un joint d'étanchéité peuvent être une pièce unique, par exemple une virole. En d'autres termes, il n'y a pas de séparation physique entre deux secteurs d'anneau externes circonférentiellement successifs.

[0097] Dans un mode de réalisation, une telle virole peut être monolithique, c'est-à-dire réalisée en une seule pièce sans raccordement. Dans un tel cas de figure, il sera considéré qu'une portion angulaire de la virole peut être considérée comme un secteur d'anneau externe.

[0098] Dans un mode de réalisation, le joint d'étanchéité comprend en outre un organe d'étanchéité secondaire disposé radialement au-dessus du secteur d'anneau interne de sorte à empêcher l'air de traverser axialement le joint radialement au-dessus du secteur d'anneau interne.

[0099] Un tel organe d'étanchéité secondaire permet d'assurer l'étanchéité des éléments du joint situés radialement au-dessus du secteur d'anneau interne. En d'autres termes un tel organe d'étanchéité secondaire assure que le seul chemin permettant à l'air en amont du joint d'étanchéité de le franchir passe radialement entre la surface interne du secteur d'anneau interne et la surface externe en regard du joint.

[0100] Un tel organe secondaire est connu en tant que tel de l'homme du métier et peut par exemple être choisi parmi un joint à brosse, un ensemble de languettes, un tuilage.

[0101] Selon un autre de ses aspects, l'invention concerne également une turbomachine comprenant au moins un joint d'étanchéité tel que décrit ci-dessus.

[0102] Dans un mode de réalisation, la turbomachine comprend un circuit d'acheminement de l'air de refroidissement vers un disque de rotor haute pression, le circuit d'acheminement de l'air de refroidissement comprenant au moins un joint d'étanchéité décrit plus haut, ledit circuit d'acheminement de l'air de refroidissement comprenant une entrée prélevant l'air en aval du dernier disque du compresseur haute pression, une entrée prélevant l'air radialement sous la chambre de combustion et une sortie d'air débouchant dans un logement de refroidissement du disque de rotor haute pression et l'au moins un joint d'étanchéité étant disposé à une parmi les positions ci-dessous :

- en aval de l'entrée prélevant l'air du compresseur à haute pression, radialement sous le dernier redresseur du compresseur haute pression ;

- radialement en dessous d'un injecteur d'air de refroidissement en communication fluide avec l'entrée prélevant l'air radialement sous la chambre de combustion ;

- radialement entre l'injecteur et le pied du distributeur haute pression et disposé de sorte à empêcher une fuite de l'air destinée à refroidir le rotor haute pression.

[0103] Dans un mode de réalisation la turbomachine comprend un circuit d'acheminement de l'air de refroidissement vers un disque de rotor haute pression, le circuit d'acheminement de l'air de refroidissement comprenant au moins un joint d'étanchéité décrit plus haut, ledit circuit d'acheminement de l'air de refroidissement comprenant une entrée prélevant l'air en aval du dernier disque du compresseur haute pression, une entrée prélevant l'air radialement sous la chambre de combustion et une sortie d'air débouchant dans un logement de refroidissement du disque de rotor haute pression et l'au moins un joint d'étanchéité étant choisi parmi : - le premier joint en aval du compresseur à haute pression traversé par l'air prélevé en aval du dernier disque du compresseur haute pression ;

- le joint interne avant définissant l'entrée dudit logement d'admission d'air et disposé en dessous de l'embouchure d'admission d'air ;

- le joint extérieur avant définissant la sortie dudit logement d'admission d'air et disposé en dessous du distributeur haute pression.

[0104] Par exemple, et selon la terminologie du domaine, l'un au moins du joint d'étanchéité intérieur avant (dit « FIS » pour « forward inner seal » en anglais), du joint d'étanchéité extérieur avant (dit « FOS » pour « forward outer seal » en anglais) et/ou du premier joint d'étanchéité en aval du compresseur à haute pression (dit « CDP » pour « compressor discharge pressure » en anglais) peut être un joint d'étanchéité tel que décrit plus haut.

[0105] De préférence, le joint d'étanchéité est disposé en aval de l'entrée prélevant l'air du compresseur à haute pression, radialement sous le dernier redresseur du compresseur haute pression et la surface en regard dudit joint d'étanchéité comprend une rainure remplie d'un vernis transparent.

[0106] En d'autres termes, le premier joint d'étanchéité en aval du disque de compresseur (« CDP ») est tel que décrit plus haut.

[0107] Il est fait référence à des redresseurs avec le sens qu'a habituellement ce terme dans le domaine, c'est-à-dire un aubage statorique de redressement d'air.

[0108] Il a été constaté que ces joints offrent par leur fonctionnement une bien meilleure durée de vie que les joints à labyrinthe, et assurent ainsi un maintien des performances de la turbomachine tout au long de sa durée de vie.

[0109] Dans un mode de réalisation, la face en regard du joint d'étanchéité comprend une rainure remplie d'un vernis.

[0110] Dans un tel mode de réalisation, la surface interne du secteur d'anneau interne ne risque pas de s'abîmer par contact avec la surface en regard, même en cas de fonctionnement anormal.

[0111] En effet, elle ne rentrerait qu'en contact avec le vernis et non la face en regard.

[0112] Dans un tel mode de réalisation, le vernis est de préférence transparent.

[0113] Cela permet un contrôle visuel de la surface en regard du joint sans qu'il soit nécessaire de retirer le vernis. Il s'ensuit une opération de contrôle facilitée. [0114] Dans un mode de réalisation, le joint d'étanchéité tel que décrit est disposé en aval de l'entrée prélevant l'air du compresseur à haute pression, radialement sous le dernier redresseur du compresseur haute pression et la surface en regard dudit joint d'étanchéité comprend une rainure remplie d'un vernis transparent.

[0115] Dans un mode de réalisation, la surface en regard du joint d'étanchéité peut être intégrée en sommet d'un disque de rotor ou couplé à une masselotte.

[0116] Ce mode de réalisation permet d'assurer que la surface en regard du joint d'étanchéité reste plane, même lorsque la turbomachine est en fonctionnement.

[0117] Une surface en regard du joint plus plane permet d'assurer de meilleures performances du joint d'étanchéité et donc une meilleure performance de l'ensemble de la turbomachine.

Brève description des dessins

[0118] [Fig. 1] La figure 1 représente une vue en coupe d'une turbomachine.

[0119] [Fig. 2] La figure 2 représente une pluralité de secteurs de joint d'étanchéité dans un mode de réalisation de l'invention.

[0120] [Fig. 3] La figure 3 représente une pluralité de secteurs de joint d'étanchéité dans un mode de réalisation de l'invention différent de celui de la figure 2.

[0121] [Fig. 4] La figure 4 représente le profil de profondeur le long d'un chemin du flux d'air traversant un joint d'étanchéité dans un mode de réalisation de l'invention.

[0122] [Fig. 5] La figure 5 représente la surface interne d'un secteur d'anneau interne dans un mode de réalisation de l'invention.

[0123] [Fig. 6] La figure 6 représente la surface interne d'un secteur d'anneau interne dans un mode de réalisation de l'invention différent de celui de la figure 5.

[0124] [Fig. 7] La figure 7 représente une vue en coupe d'une turbomachine munie de joints d'étanchéité tels que décrits selon un mode de réalisation de l'invention.

Description des modes de réalisation

[0125] L'invention est à présent décrite au moyen de figures, présentes à but descriptif pour illustrer certains modes de réalisation de l'invention et qui ne doivent pas être interprétées comme limitant cette dernière. [0126] En particulier, les figures, ne sont ni à l'échelle ni même à l'échelle relative mais représente les éléments à des dimensions qui permettent d'en comprendre le positionnement relatif.

[0127] La figure 1 représente, en coupe selon un plan vertical passant par son axe principal A, un turboréacteur à double flux 1. Il comporte d'amont en aval selon la circulation du flux d'air, une soufflante 2, un compresseur basse pression 3, un compresseur haute pression 4, une chambre de combustion 5, une turbine haute pression 6, et une turbine basse pression 7.

[0128] Dans la présente demande, les termes relatifs de positionnement par exemple « amont », « aval », « interne » et « externe » seront entendus par rapport à l'axe horizontal A du carter définissant la direction axiale, parcouru dans le sens d'écoulement des flux d'air principaux et secondaire de la turbomachine.

[0129] Ainsi, un élément dit « amont » sera traversé avant un élément dit « aval » et un élément dit « interne » sera plus proche de l'axe A qu'un élément « externe ».

[0130] Dans la présente demande, il est entendu que la direction axiale D_A s'entend comme la direction de l'axe principal A de la turbomachine ; la direction circonférentielle D_c est celle formant un cercle autour de la direction axiale D_A ; et la direction radiale D_R, définit un rayon du cercle formé par la direction circonférentielle D_c et ayant pour centre la direction axiale D_A.

[0131] La figure 2 représente un joint d'étanchéité dans un mode de réalisation de l'invention.

[0132] Pour des raisons de représentation, la surface externe en regard du joint d'étanchéité n'est pas représentée sur la figure 2.

[0133] Dans un mode de réalisation et ainsi qu'il peut être observé sur la figure 2, l'ensemble des secteurs de joints, et plus précisément des secteurs d'anneaux interne et externe permet de donner au joint tout entier une forme annulaire.

[0134] La figure 2 fait également figurer l'espace circonférentiel entre deux secteurs de joints 21, et montre que l'organe de rappel 12 peut comprendre un bras externe 12a et un bras interne 12b.

[0135] L'organe de rappel 12 sera décrit plus en détails avec la figure 4. [0136] La figure 1 illustre en outre un organe secondaire d'étanchéité 14 tel qu'il a été décrit plus haut. L'organe d'étanchéité secondaire peut comprendre une pluralité d'éléments répartis circonférentiellement.

[0137] Bien que la représentation de l'organe d'étanchéité secondaire 14 soit tronquée sur la figure 1 pour rendre visibles les éléments 11 et 12, l'organe d'étanchéité secondaire 14 recouvre toute la circonférence d'un joint tel que décrit plus haut.

[0138] Par exemple, il peut y avoir autant, plus ou moins de portions d'organe d'étanchéité secondaires que de secteurs de joints.

[0139] La figure 2 décrit un mode de réalisation dans lequel la surface interne S_int du secteur d'anneau interne 14 comprend uniquement des premiers motifs 100 et des deuxièmes motifs 200.

[0140] On peut également voir sur la figure 2 les portions non creusées de la surface interne S_int du secteur d'anneau interne 13.

[0141] Plus précisément, la figure 2 représente la première portion non creusée 41 dans la direction axiale entre le premier motif 100 et la deuxième partie 202 du deuxième motif 200 ; la deuxième portion non creusée 42 entre le deuxième motif 200 et le bord aval du secteur d'anneau interne, et une portion non creusée 40 entre un ensemble de deux motifs et celui qui est adjacent dans la direction circonférentielle.

[0142] La figure 3 représente une vue similaire à celle de la figure 2 et dans laquelle le secteur d'anneau interne comprend des premiers 100, deuxième 200, et troisième motifs 300. Les motifs 100, 200 et 300 ainsi que leurs dimensions seront décrits plus en détails avec les figures 5 et 6.

[0143] La figure 4 représente une vue en coupe des éléments visibles sur la figure 1.

[0144] La figure 4 représente en outre la surface 500 en regard du joint d'étanchéité, et précise également un certain nombre de dimensions qui vont être décrites et qui représentent des modes préférés de réalisation de l'invention.

[0145] La figure 4 représente également les dimensions principales par rapport auxquelles sont décrits les différents éléments d'un joint selon l'invention.

[0146] Parmi elles, la direction axiale D_A qui s'entend comme la direction autour de laquelle le joint s'étend ; la direction circonférentielle D_c dans laquelle le joint s'étend, et formant un cercle autour de la direction axiale D_A ; et la direction radiale D_R, qui définit un rayon du cercle formé par la direction circonférentielle D_c et ayant pour centre la direction axiale D_A. [0147] Les éléments El et PI caractérisent l'attache de l'organe de rappel 12 au secteur d'anneau externe 11.

[0148] Dans un mode de réalisation El, la surface de liaison entre l'organe de rappel 12 et le secteur d'anneau externe 11 peut être supérieure ou égale à 4 mm, par exemple comprise entre 4 mm et 8 mm.

[0149] Dans un mode de réalisation, PI l'épaisseur de la portion de l'organe de rappel 12 liée au secteur d'anneau 11, et mesurée depuis la surface interne du secteur d'anneau externe 11 peut être supérieure ou égale à 5 mm, par exemple comprise entre 5 mm et 10 mm.

[0150] Dans un mode de réalisation, l'organe de rappel peut être divisé en un bras externe 12a et un bras interne 12b. Ceci assure une masse plus faible de l'ensemble du dispositif, tout en conférant à l'ensemble des propriétés de rappel et de souplesse tout à fait satisfaisantes.

[0151] Par exemple l'épaisseur E3 du bras externe 12a peut être supérieure ou égale à 0,7 mm, par exemple comprise entre 0,7 mm et 2 mm.

[0152] Par exemple, l'épaisseur E4 du bras interne 12b peut être supérieure ou égale à 0,7 mm, par exemple comprise entre 0,7 mm et 2 mm.

[0153] Dans un mode de réalisation, l'épaisseur E3, E4 des bras externe 12a et interne 12b sont égales.

[0154] Dans un mode de réalisation, l'épaisseur E5 de l'organe de rappel 12 peut être supérieure ou égale à 2,5 mm par exemple compris entre 2,5 mm et 5,0 mm.

[0155] L'épaisseur E5 de l'organe de rappel 12 s'entend, dans le cas où celui-ci est divisé en deux bras plus minces, comme la distance entre la surface interne du bras interne et la surface externe du bras externe.

[0156] Les valeurs précises choisies pour E3, E4 et E5 permettent de dimensionner précisément la force de rappel de l'organe de rappel 12, et donc d'influer sur le fonctionnement du joint, ainsi que la définition du jeu prédéfini j.

[0157] Dans un mode de réalisation E2, la surface de liaison entre l'organe de rappel 12 et le secteur d'anneau interne 13 peut être supérieure ou égale à 4 mm, par exemple comprise entre 4 mm et 8 mm.

[0158] Dans un mode de réalisation, P2 l'épaisseur de la portion de l'organe de rappel 12 liée au secteur d'anneau interne 13, et mesurée depuis la surface externe du secteur d'anneau interne 13 peut être supérieure ou égale à 5 mm, par exemple comprise entre 5 mm et 10 mm.

[0159] Dans un mode de réalisation, l'épaisseur E6 du secteur d'anneau interne 13 peut être comprise entre 2,0 mm et 5,0 mm.

[0160] De telles dimensions représentent un excellent compromis entre la possibilité d'assurer les motifs en creux d'une taille suffisante et d'un poids diminué de l'ensemble du joint.

[0161] Dans un mode de réalisation, le jeu j entre la surface interne du secteur d'anneau interne 13 et la surface radialement en regard 500 peut être compris entre 0,1 et 1,0 mm voire entre 0,5 mm et 1,0 mm.

[0162] Ce jeu j correspond à un flux d'air cible dans les soufflantes de turbomachines pour des applications de refroidissement du moteur.

[0163] La figure 4 repère aussi l'angle d'inclinaison des extrémités radiales du secteur d'anneau interne 13 avec la direction circonférentielle. Cette inclinaison assure qu'un déplacement des secteurs d'anneau interne les uns par rapport aux autres est possible, en diminuant ainsi l'espacement entre deux secteurs durant le fonctionnement.

[0164] La figure 2 repère également l'espacement entre deux secteurs de joints 11 lequel est de préférence inférieur ou égal à 0,3 mm.

[0165] Cet espacement permet d'assurer une minimisation des fuites tout en laissant suffisamment d'espace pour permettre aux secteurs d'anneau internes de bouger relativement les unes par rapport aux autres.

[0166] En effet, les secteurs d'anneau internes 13 peuvent être sollicités de manière légèrement différente les uns par rapport aux autres, et il est important qu'ils aient un certain degré de liberté pour pouvoir accommoder cette différence de sollicitation.

[0167] La figure 5 montre une vue de la surface interne S_int du secteur d'anneau interne 13, qui porte les motifs et dans le cas, illustré en figure 2, où la surface du secteur d'anneau interne en comprend que des premiers des deuxièmes motifs.

[0168] Dans un mode de réalisation, la surface interne S_intdu secteur d'anneau interne comprend une alternance de premiers motifs 100 et de deuxièmes motifs 200.

[0169] Le premier motif s'étend dans une direction oblique, décalée d'un angle d'inclinaison a avec la direction axiale D_A. [0170] Les premiers motifs 100 s'étendent entre le bord amont 17 du secteur d'anneau interne 13 et une première portion non creusée 41 de la surface interne du secteur d'anneau interne.

[0171] Les deuxièmes motifs 200 comprennent une première partie 201 et une deuxième partie 202.

[0172] La première partie 201 du deuxième motif 200 s'étend entre le bord amont 17 du secteur d'anneau interne 13 et une deuxième portion non creusée 42 de la surface interne du secteur d'anneau interne plus proche du bord aval 18 du secteur d'anneau interne que la première portion non creusée 41.

[0173] En outre, la première partie 201 du deuxième motif 200 est séparée du premier motif 100 dans la direction circonférentielle par une troisième portion non creusée 43 de la surface interne du secteur d'anneau interne.

[0174] En outre, le premier motif est, dans la direction axiale, séparé de la deuxième partie 202 du deuxième motif 200 par la première portion non creusée 41.

[0175] Dans un mode de réalisation, qui est celui représenté sur la figure 5, la deuxième partie 202 des deuxième motifs 200 s'étend dans la direction circonférentielle D_cjusqu'au prolongement de l'extrémité circonférentielle du premier motif 100.

[0176] En effet, la largeur de la portion non creusée 17 entre le premier motif 100 et le motif adjacent circonférentiellement est égale à la largeur de la portion non creusée 17 entre la deuxième partie 202 du deuxième motif 200 et le motif adjacent circonférentiellement.

[0177] Dit autrement, la deuxième portion 202 du deuxième motif est une portion venant axialement en aval de l'intégralité du premier motif 100.

[0178] Dans un mode de réalisation, qui est celui représenté, les portions non creusées ont des largeurs identiques.

[0179] Dans un mode de réalisation, la largeur des portions non creusées est inférieure ou égale à 2 mm, par exemple comprises entre 0,05 et 2,0 mm.

[0180] Il est entendu que la largeur est la petite dimension des portions non creusées, i.e. la mesure de l'extension circonférentielle pour les portions 40 et 43 et l'extension dans la direction axiale pour les portions 41 et 42. [0181] La figure 5 représente en outre, en pointillé la séparation entre la zone amont 111 et la zone aval 112 des premiers motifs 100, et entre la zone amont 211 et la zone aval 212 des deuxième motifs 200.

[0182] Dans un mode de réalisation la profondeur de cette zone amont décroît entre le bord amont 17 et la zone aval des motifs où la profondeur reste constante.

[0183] Par exemple, la profondeur de la zone amont 111, 211 des motifs peut être initialement supérieure à 0,4 mm, par exemple comprise entre 0,4 mm et 0,2 mm.

[0184] La profondeur de la zone amont 111, 211 des motifs varie ensuite pour atteindre la profondeur de la zone aval comprise entre 0,05 mm et 0,2 mm.

[0185] En outre, la surface interne du secteur d'anneau interne peut comprendre, entre la portion non creusée 44 et son bord aval 18 un espace creusé 46.

[0186] De manière préférée, l'espace creusé 46 forme un chanfrein, c'est-à-dire que sa profondeur augmente.

[0187] Ce mode de réalisation permet de réduire l'hétérogénéité de pression en sortie du joint.

[0188] Comme discuté plus haut, les motifs sont de forme longiligne, et sont obliques par rapport à la direction axiale D_A, c'est-à-dire présente avec cette direction une inclinaison d'angle a.

[0189] Ce mode de réalisation améliore le comportement du joint en alignant la direction des motifs avec la direction du flux d'air incident traversant le joint.

[0190] En pratique, le flux d'air incident traversant le joint n'est généralement pas aligné avec la direction axiale, mais présente une vitesse tangentielle non nulle, car la surface plane en regard du joint est mise en rotation dans la direction circonférentielle D_c.

[0191] Dans un mode de réalisation, l'angle d'inclinaison a est compris entre 30° et 90° voir entre 30° et 60°, mieux entre 30° et 45°.

[0192] Les dimensions des différents éléments sont également représentées sur la figure 5 pour un mode de réalisation comprenant des premiers motifs 100 et deuxièmes motifs 200 uniquement, i.e. pas de troisièmes motifs tels que décrit plus haut.

[0193] De préférence, les premiers motifs et les deuxièmes motifs sont alternés et l'on compte entre 3 et 10 répétitions d'un premier et d'un deuxième motif dans la direction circonférentielle. [0194] Ces dimensions ont été identifiées comme optimales pour un fonctionnement encore amélioré du joint d'étanchéité.

[0195] Comme plus haut une dimension est exprimée par rapport à la largeur de la surface interne du secteur d'anneau interne parcourue dans la direction de la longueur des motifs, cette expression ayant la même signification que précédemment.

[0196] L_o représente sur la figure 5 ce qui est entendu par « la largeur de la surface interne du secteur d'anneau interne parcourue dans la direction de la longueur des motifs ».

[0197] Li correspond à la longueur de la zone amont des motifs laquelle est dans un mode de réalisation comprise entre 5% et 15% de la largeur de la surface interne du secteur d'anneau interne parcourue dans la direction de la longueur des motifs.

[0198] L₃ représente la largeur, dans la direction circonférentielle D_c de la première partie 201 du deuxième motif 200. Dans un mode de réalisation, L₃ peut être inférieure ou égale à 1 cm, par exemple comprise entre 0,3 cm et 1 cm.

[0199] L₄ représente la largeur, dans la direction circonférentielle D_c du premier motif 100. Dans un mode de réalisation, L₄ peut être comprise entre 50 % et 85 % de largeur L₃.

[0200] L₆ représente la longueur de la zone aval de la première partie 201 du deuxième motif 200. Dans un mode de réalisation, L₆ peut être comprise entre 75 et 85 % de la largeur L_o de la surface interne du secteur d'anneau interne parcourue dans la direction de la longueur des motifs.

[0201] L₇ représente la longueur de la zone aval du premier motif 100. Dans un mode de réalisation, L₇ peut être compris entre 50 et 85 % de la longueur L₆.

[0202] L₉ représente la dimension d'extension de la deuxième partie 202 du deuxième motif 200 dans la direction de la longueur des motifs. Dans un mode de réalisation, L₉ peut être compris entre 30 % et 50 % de la longueur L₃.

[0203] Lio représente généralement la plus petite dimension d'une portion non creusée séparant deux motifs. De préférence, cette dimension L_i0 est inférieure ou égale à 0,2 mm.

[0204] Ainsi que cela est représenté sur la figure 5, Li_O est entendu dans la direction circonférentielle pour les portions non creusées dont la plus grande direction d'extension est alignée avec les motifs, et dans la direction des motifs pour les portions non creusées dont la plus grande direction d'extension est selon la direction circonférentielle.

[0205] M_o représente la largeur dans la direction circonférentielle d'un secteur d'anneau interne. [0206] M₂ représente la largeur, dans la direction circonférentielle d'un deuxième motif 200.

[0207] Cette largeur M₂ est de préférence inférieure à un tiers de la largeur M_o. Dit autrement, dans un mode de réalisation, il y a au moins trois deuxièmes motifs 200 sur la surface interne S_int d'un secteur d'anneau interne 13.

[0208] De préférence M₂ est comprise entre un tiers et un dixième de la largeur M_o.

[0209] La figure 6 décrit un mode de réalisation différent de celui de la figure 5, et dans lequel la surface interne des secteurs d'anneau interne comprend en outre des troisièmes motifs 300.

[0210] Les références numériques identiques dans la figure renvoient à des éléments déjà décrits pour la figure 5, quand bien même ils ne sont pas exactement positionnés au même endroit ou sont de dimensions différentes.

[0211] Les troisièmes motifs 300 comprennent une première partie 301 et une deuxième partie 302.

[0212] La première partie 301 du troisième motif 300 s'étend entre le bord amont 17 du secteur d'anneau interne 13 et une quatrième portion non creusée 44 de la surface interne du secteur d'anneau interne plus proche du bord aval 18 du secteur d'anneau interne que la deuxième portion non creusée 42.

[0213] En outre, la première partie 301 du deuxième motif 300 est séparée du deuxième motif 200 dans la direction circonférentielle par une cinquième portion non creusée 45 de la surface interne du secteur d'anneau interne.

[0214] En outre, la deuxième partie 302 du troisième motif 300 est, dans la direction axiale, séparé de la deuxième partie 202 du deuxième motif 200 par la deuxième portion non creusée 42.

[0215] Dans un mode de réalisation, qui est celui représenté sur la figure 6, la deuxième partie 302 des troisièmes motifs 300 s'étend dans la direction circonférentielle D_cjusqu'au prolongement de l'extrémité circonférentielle du premier motif 100.

[0216] En effet, la largeur de la portion non creusée 17 entre le premier motif 100 (ou la deuxième partie 202 du deuxième motif 200) et le motif adjacent circonférentiellement est égale à la largeur de la portion non creusée 17 entre la deuxième partie 302 du troisième motif 300 et le motif adjacent circonférentiellement.

[0217] Dit autrement, la deuxième portion 302 du troisième motif est une portion venant axialement en aval de l'intégralité de la deuxième partie 202 du deuxième motif 200. [0218] La figure 6 représente en outre, en pointillé la séparation entre la zone amont 111 et la zone aval 112 des premiers motifs 100, entre la zone amont 211 et la zone aval 212 des deuxième motifs 200 et entre la zone amont 311 et la zone aval 312 des troisième motifs 300.

[0219] Dans un mode de réalisation la profondeur de cette zone amont décroît entre le bord amont 17 et la zone aval des motifs où la profondeur reste constante.

[0220] Par exemple, la profondeur de la zone amont 111, 211, 311 des motifs peut être initialement supérieure à 0,4 mm, par exemple comprise entre 0,4 mm et 0,2 mm.

[0221] La profondeur de la zone amont 111, 211, 311 des motifs varie ensuite pour atteindre la profondeur de la zone aval comprise entre 0,05 mm et 0,2 mm.

[0222] En outre, la surface interne du secteur d'anneau interne peut comprendre, entre la portion non creusée 44 et son bord aval 18 un espace creusé 46.

[0223] De manière préférée, l'espace creusé 46 forme un chanfrein, c'est-à-dire que sa profondeur augmente.

[0224] Ce mode de réalisation permet de réduire l'hétérogénéité de pression en sortie du joint.

[0225] Par exemple, sa profondeur augmente jusqu'à une profondeur supérieure ou égale à 0,2 mm.

[0226] Les dimensions des différents éléments sont également représentées sur la figure 6 pour un mode de réalisation comprenant des premiers 100, deuxièmes 200 et troisièmes motifs 300.

[0227] Ces dimensions ont été identifiées comme optimales pour un fonctionnement encore amélioré du joint d'étanchéité.

[0228] Comme plus haut une dimension est exprimée par rapport à la largeur de la surface interne du secteur d'anneau interne parcourue dans la direction de la longueur des motifs, cette expression ayant la même signification que précédemment.

[0229] L_o représente sur la figure 6 ce qui est entendu par « la largeur de la surface interne du secteur d'anneau interne parcourue dans la direction de la longueur des motifs ».

[0230] Li correspond à la longueur de la zone amont des motifs laquelle est dans un mode de réalisation comprise entre 5% et 15% de la largeur de la surface interne du secteur d'anneau interne parcourue dans la direction de la longueur des motifs. [0231] L₂ représente la largeur, dans la direction circonférentielle D_c de la première partie 301 du troisième motif 300. Dans un mode de réalisation, L₂ peut être inférieure ou égale à 1 cm, par exemple comprise entre 0,3 cm et 1 cm.

[0232] L₃ représente la largeur, dans la direction circonférentielle D_c, de la première partie 201 du deuxième motif 200. Dans un mode de réalisation, L₃ peut être comprise entre 85 % et 95 % de largeur L₂.

[0233] L₄ représente la largeur, dans la direction circonférentielle D_c du premier motif 100. Dans un mode de réalisation, L₄ peut être comprise entre 75 % et 85 % de largeur L₂.

[0234] L₅ représente la longueur de la zone aval de la première partie 301 du troisième motif 300. Dans un mode de réalisation, L₅ peut être comprise entre 75 et 85 % de la largeur L_o de la surface interne du secteur d'anneau interne parcourue dans la direction de la longueur des motifs.

[0235] L₆ représente la longueur de la zone aval de la première partie 201 du deuxième motif 200. Dans un mode de réalisation, L₆ peut être compris entre 85 et 95 % de la longueur L₅.

[0236] L₇ représente la longueur de la zone aval du premier motif 100. Dans un mode de réalisation, L₇ peut être compris entre 75 et 85 % de la longueur L₅.

[0237] L₈ représente la dimension d'extension de la deuxième partie 302 du troisième motif 300 dans la direction de la longueur des motifs. Dans un mode de réalisation, L₈ peut être compris entre 30 % et 50 % de la longueur L₂.

[0238] L₉ représente la dimension d'extension de la deuxième partie 202 du troisième motif 200 dans la direction de la longueur des motifs. Dans un mode de réalisation, L₉ peut être compris entre 30 % et 50 % de la longueur L₃.

[0239] Lio représente généralement la plus petite dimension d'une portion non creusée séparant deux motifs. De préférence, cette dimension L_i0 est inférieure ou égale à 0,2 mm.

[0240] M_o représente la largeur dans la direction circonférentielle d'un secteur d'anneau interne.

[0241] Mi représente la largeur, dans la direction circonférentielle d'un troisième motif 300. Cette largeur est de préférence inférieure à un tiers de la largeur M_o. Dit autrement, dans un mode de réalisation, il y a au moins trois troisièmes motifs 300 sur la surface interne S_int d'un secteur d'anneau interne 13. [0242] De préférence, les premiers motifs, les deuxièmes motifs et les troisièmes motifs sont alternés et l'on compte entre 3 et 10 répétitions d'un premier, d'un deuxième motif puis d'un troisième motif dans la direction circonférentielle.

[0243] De préférence Mt est comprise entre un tiers et un dixième de la largeur M_o.

[0244] M₂ représente la largeur, dans la direction circonférentielle d'un deuxième motif 200. Cette largeur est de préférence comprise entre 50 et 70 % de Mi.

[0245] La figure 7 représente une portion de la turbomachine visible sur la figure 1, et illustre que cette dernière peut être munie de joints d'étanchéité conformes à ceux décrits plus haut.

[0246] Dans le mode de réalisation représenté, la portion de turbomachine présente trois joints d'étanchéité : un joint d'étanchéité intérieur avant 62 (« FIS »), un joint d'étanchéité extérieur avant 63 (« FOS ») et un premier joint d'étanchéité en aval du compresseur à haute pression 61 (« CDP »).

[0247] De tels joints sont maintenant décrits en lien avec la figure 7 qui n'est qu'un exemple de configuration pour un chemin de refroidissement de l'air dans une turbomachine, et l'homme du métier parviendra à identifier un joint d'étanchéité extérieur avant 63 (« FOS ») un joint d'étanchéité interne avant 62 (« FOS ») et un premier joint d'étanchéité en aval d'un compresseur à haute pression 61 (« CDP ») dans d'autres géométries du circuit de refroidissement.

[0248] La figure 7 représente un schéma d'un circuit de refroidissement d'une turbomachine.

[0249] Dans le mode de réalisation représenté, de l'air est prélevé en aval du dernier disque de compresseur 401 et ainsi qu'en dessous de la chambre de combustion 5.

[0250] L'air prélevé en aval du dernier disque de compresseur 401 traverse en premier le joint d'étanchéité 61, lequel est situé radialement sous l'entrée de la chambre de combustion 5.

[0251] Le joint 61 définit la quantité d'air pour le circuit de refroidissement 401 prélevé en aval du dernier disque du compresseur haute pression 4.

[0252] L'air prélevé en dessous de la chambre de combustion peut par exemple être prélevé par une embouchure d'air, débouchant dans un logement compris entre le joint d'étanchéité extérieur avant 63 et le joint interne avant 62. [0253] Sur la figure 7, ces deux joints délimitent respectivement l'entrée et la sortie d'un tel logement.

[0254] Le joint 62 est traversé par l'air provenant du compresseur haute pression 401 souhaitant entrer dans ce logement, et qu'il serve ensuite au circuit de refroidissement 82 ou qu'il soit destiné au circuit de purge 81.

[0255] Le joint 63 lui délimite la sortie du logement d'admission d'air, et limite le flux d'air rejoignant le circuit de purge 81.

[0256] Par exemple, le joint 62 peut être localisé sous l'embouchure d'admission d'air, tandis que le joint 63 peut être localisé sous le premier distributeur de la turbine haute pression 701.

[0257] Sur la figure 7, le circuit de purge débouche entre le distributeur haute pression 701 et la première aube de rotor haute pression 702.

[0258] Dans le mode de réalisation représenté, on notera que la surface en regard des joints 62 et 63 est une surface externe d'un étage du rotor de la turbine haute pression.

[0259] La figure 7 montre une turbine pour laquelle les trois joints particuliers 61, 62, 63 sont tels que décrits plus haut mais on ne sort pas du cadre de l'invention si seul l'un de ces joints est conforme à ce qui est décrit plus haut.

[0260] Dans la suite, le joint d'étanchéité 61 sera décrit, mais il convient de noter que ce qui est décrit pour ce joint peut également être appliqué aux autres joints d'étanchéité.

[0261] Dans un mode de réalisation, qui est celui représenté, la surface 500 en regard du joint d'étanchéité comprend une rainure remplie d'un vernis 51.

[0262] Ce mode de réalisation permet d'assurer qu'en fonctionnement anormal, et s'il venait à entrer en contact avec la surface en regard du joint, la surface interne du joint n'abime pas la surface 500 elle-même mais seulement le vernis 51.

[0263] En outre, le vernis 51 peut être transparent, ce qui permet alors un contrôle encore plus facilité dans la mesure où la surface 500 est visible sous le vernis et l'on peut constater visuellement, sans avoir à retirer le vernis, si l'utilisation du joint a ou non causé une quelconque dégradation de la surface 500 en regard.

[0264] Dans un mode de réalisation, la surface 500 en regard du joint, qu'elle soit ou non munie d'une rainure et de vernis 51 peut être en liaison avec une masselotte 58. [0265] Ce mode de réalisation assure que la surface en regard du joint 500 reste plane tout au long du fonctionnement du joint et minimise le risque que le secteur d'anneau interne 13 du joint rentre en contact avec la surface 500 en regard.

[0266] Sur la figure 7, le flux d'air traversant les joints est figuré par des flèches, et l'axe A de la turbomachine est également présent.

[0267] La figure 7 montre comment l'air 401 prélevé en sortie du compresseur haute pression 4 peut atteindre une aube mobile 702 de la partie chaude de la turbomachine, ici de la turbine haute pression 6, disposée après la chambre de combustion 5. Dans un mode alternatif, l'air peut également ressortir du circuit du refroidissement par la sortie de purge 81, après avoir traversé les joints d'étanchéité extérieur avant 62 et extérieur arrière 63.

[0268] Une partie de l'air de refroidissement passe via le chemin 82 pour être injecté directement dans le circuit de refroidissement d'une aube mobile 702 de la partie chaude de la turbomachine, ici une aube mobile 702 de la turbine haute pression.

[0269] La sortie de purge du circuit de refroidissement est ici située entre une aube fixe 701 et une aube mobile 702 de la turbine haute pression 6.

[0270] La figure 7 illustre également que la surface 500 en regard du joint peut être une surface d'un rotor monté rotatif autour de l'axe A. Par exemple, la surface 500 peut être une surface du rotor de la turbine haute pression 6.

Claims

Revendications

[Revendication 1] Joint d'étanchéité configuré pour assurer un jeu prédéfini (j) entre ledit joint et une surface externe (500) d'un rotor monté rotatif autour d'un axe A disposée en regard du joint, l'axe A définissant une direction axiale (D_A), le joint s'étendant circonférentiellement autour de l'axe A et comprenant une pluralité de secteurs de joints répartis circonférentiellement autour de l'axe A, chaque secteur de joint comprenant un secteur d'anneau interne (13) relié à un secteur d'anneau externe (11) par un organe de rappel (12), le joint d'étanchéité étant caractérisé en ce que la surface interne (S_int) de chaque secteur d'anneau interne (13) comprend une pluralité de motifs creusés à partir de la surface interne (S_int) du secteur d'anneau interne (13), la pluralité de motifs comprenant au moins :

- un premier motif (100) ayant une forme longiligne s'étendant selon une direction oblique par rapport à la direction axiale depuis le bord amont (17) du secteur d'anneau interne (13) et jusqu'à une première portion non creusée (41) de la surface interne (S_int) du secteur d'anneau interne (13); et

- un deuxième motif (200) comprenant une première partie (201) s'étendant selon la même direction oblique que le premier motif (100) depuis le bord amont du secteur d'anneau interne (13) et jusqu'à une deuxième portion non creusée (42) de la surface interne (S_int) du secteur d'anneau interne (13) plus proche axialement du bord aval du secteur d'anneau interne (13) que la première portion non creusée (41), la première partie (201) du deuxième motif (200) étant séparée dans la direction circonférentielle du premier motif (100) par une troisième portion non creusée (43) de la surface interne (S_int) du secteur d'anneau interne (13), le deuxième motif (200) comprenant en outre une deuxième partie (202) s'étendant selon la direction circonférentielle entre la première portion non creusée (41) et la deuxième portion non creusée (42) de la surface interne (S_int) du secteur d'anneau interne (13).

[Revendication 2] Joint d'étanchéité selon la revendication 1, dans lequel la surface interne (S_int) du secteur d'anneau interne (13) comprend en outre au moins un troisième motif (300) comprenant une première partie (301) s'étendant selon la même direction oblique que le premier motif (100) depuis le bord amont (17) du secteur d'anneau interne (13) et jusqu'à une quatrième portion non creusée (44) de la surface interne (S_int) du secteur d'anneau interne (13) plus proche axialement du bord aval (18) du secteur d'anneau interne (13) que la deuxième portion non creusée (42), la première partie (301) du troisième motif (300) étant séparée dans la direction circonférentielle de la première partie (201) du deuxième motif (200) par une cinquième portion non creusée (45) de la surface interne (S_int) du secteur d'anneau interne (13), le troisième motif (300) comprenant en outre une deuxième partie (302) s'étendant selon la direction circonférentielle entre la deuxième portion non creusée (42) et la quatrième portion non creusée (44) de la surface interne (S_int) du secteur d'anneau interne (13).

[Revendication 3] Joint d'étanchéité selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la surface interne (S_int) du secteur d'anneau interne (13) comprend un ensemble de motifs (100, 200, 300) répété entre 3 et 10 fois à l'identique dans la direction circonférentielle (D_c), chaque ensemble de motifs étant séparé du précédent et du suivant par une portion non creusée (40) de la surface interne (S_int) du secteur d'anneau interne (13).

[Revendication 4] Joint d'étanchéité selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel chaque motif comprend une zone aval de motif (312) plane de profondeur constante (H2) et non nulle et une zone amont de motif (311) dans laquelle la profondeur varie de façon décroissante en restant supérieure à la profondeur constante (H2) de la zone aval de motif (312).

[Revendication 5] Joint d'étanchéité selon la revendication 4, dans lequel la zone amont de motif (311) de chaque motif présente une forme arrondie.

[Revendication 6] Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les motifs s'étendent selon une direction oblique en présentent un angle d'inclinaison (a) par rapport à la direction axiale (D_A), cet angle d'inclinaison (a) étant supérieur ou égal à 30°.

[Revendication 7] Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les secteurs d'anneau externe (11) forment une virole externe et les secteurs d'anneau interne (13) présentent des extrémités circonférentielles agencées bout-à-bout dans la direction circonférentielle (D_c) autour de l'axe A et dans lequel chaque extrémité circonférentielle d'un secteur d'anneau interne (13) présentent un angle d'inclinaison ( ) par rapport à direction circonférentielle (D_c) compris entre 30° et 90°.

[Revendication 8] Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant entre 5 et 20 secteurs de joints.

[Revendication 9] Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant en outre un organe d'étanchéité secondaire (14) disposé radialement au-dessus du secteur d'anneau interne (13) de sorte à empêcher de l'air de traverser axialement le joint d'étanchéité radialement au-dessus du secteur d'anneau interne (13).

[Revendication 10] Turbomachine aéronautique comprenant au moins un joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.

[Revendication 11] Turbomachine aéronautique selon la revendication 10, comprenant un circuit d'acheminement de l'air de refroidissement vers un disque de rotor haute pression, le circuit d'acheminement de l'air de refroidissement comprenant au moins un joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, ledit circuit d'acheminement de l'air de refroidissement comprenant une entrée prélevant l'air (401) en aval du dernier disque du compresseur haute pression (4), une entrée prélevant l'air radialement sous la chambre de combustion (5) et une sortie d'air débouchant dans un logement de refroidissement du disque de rotor haute pression et l'au moins un joint d'étanchéité étant disposé à une parmi les positions ci-dessous :

- en aval de l'entrée prélevant l'air (401) du compresseur à haute pression, radialement sous le dernier redresseur du compresseur haute pression ; - radialement en dessous d'un injecteur d'air de refroidissement en communication fluide avec l'entrée prélevant l'air radialement sous la chambre de combustion (5);

- radialement entre l'injecteur et le pied du distributeur haute pression (701) et disposé de sorte à empêcher une fuite de l'air destinée à refroidir le rotor haute pression.

[Revendication 12] Turbomachine aéronautique selon la revendication 11, dans laquelle le joint d'étanchéité est disposé en aval de l'entrée prélevant l'air (401) du compresseur à haute pression, radialement sous le dernier redresseur du compresseur haute pression et la surface (500) en regard dudit joint d'étanchéité comprend une rainure (51) remplie d'un vernis transparent.