Brevet FR2000352A1 — publié le 19690905

La présente invention concerne un dispositif de .jonction étanche pour turbine à gaz ou engin analogue» ïïn dispositif de jonction étanche conforme à l'invention comprend ; un stator, un rotor corrmoFé de ^lusieu^s Parties, un or-5 jane mobile de jonct^ on étanche entre une première partie dudit rotor et ledit stator avec lequel il est joint d'une façon étanche et délimite une chambre, un passage délimité Par ledit organe de fonction et ladite première partie du rotor et comnortant deux rétrécissements séparés par un espace et dont les dimensions peu-10 vent être modifiées par un déplacement dudit organe de jonction, ledit espace communiquant avec ladite chambre et ledit passage s'étendant entre deux zones de pressions différentes, et des moyens de ventilation de ladite chambre $ une partie de l'organe de .jonction est espacée dudit passage et est en contact étanche 15 avec une seconde partie du rotor j 1*ensemble est pionté de façon que les pressions s*exerçant sur l'orgatie de jonction poussent ce dernier vers une position où ladite partie de l'organe de jonction est légèrement espacée de ladite seconde partie du rotor mais forme avec elle un joint étanche. 20 lie passage peut présenter une partie rétrécie dont les dimen sions ne sont pas modifiées quand l'organe de jonction s'éloigne notablement de la première partie du rotovc De préférence, 1*organe de jonction peut se déplacer esiale-ment ; les rétrécissements et laespace mentionnés plus haut étant 25 ménagés dans un passage, ou dans une partie de ce passage qui s'étend radialement* La zone de pression élevée e^ty de préférence, délimitée par une première face de l'organe de jonction faisant face, dans le sens axialement. opposé, à une seconde face dudit organe délimitant 30 la chambre» Les moyens de ventilation de la chambre peuvent assurer un échappement vers une région de basse pression et peuvent comprendre nnp soupape réglable permettant l'échappement vers l'air libre» Cependant ces moyens de ventilation comprennent, de préfé-35 rence, au moins une ouverture traversant l'organe de jonction 69 00282 2 2000352 étanche et communiquant avec la zone de basse pression» L'organe de jonction étanche peut présenter, au moins, un conduit le traversant, par leouel un fluide sous pression provenant de la zone de haute pression est dirigé vers un point d'uti-5 lisation» Par exemple, ce, ou ces conduits, peuvent être disposés de façon à diriger le fluide sous pression dans une canalisation ménagée dans le rotor pour assurer le refroidissement de ce dernier» L'invention concerne également un moteur à turbine à gaz 10 équipé d'un organe de jonction étanche tel que celui décrit ci-dessus» C'est ainsi que l'organe de .jonction de l'invention peut être en contact étanche avec le rotor de la turbine d'un moteur pour limiter l'échappement d'air de refroidissement dont on l'alimente» 15 l'invention sera mieux comprise si l'on se réfère au dessin en annexe qui en représente, uniquement à titre d'exemple, un mode de réalisation préféréeo Sur ce dessin : «• la figure 1 est une vue schématique, en partie écorchée, 20 dsun moteur à turbine à gaa équipé d'un organe de jonction étanche selon l'invention ; et - la figure 2 est une coupe, en partie arrachée, et à plus grande échelle, d'une partie de la figure 1» Sur la figure 1 on peut voir un moteur à turbine à gaz 10 et 25 son carter 11 renfermant un conduit annulaire d'écoulement dans leciusl sont disposés successivement, dans le sens d'écoulement s des compresseurs 12 pour haute et basse pression, un système de carburation 13, des aubes de guidage d'une tuyère 14» une turbine à haute pression 15 et une turbine à basse pression 16, les gaz 30 d'échaopement des turbines étant évacués dans l'atmosphère par un conduit d'échappement court l7« Ai ri ai qu! on peut le voir sur la figure 2, la turbine à haute pression 15 comporte un rotor 20 en forme de disque portant une Pluralité d'aubes mobiles 21 espacées anguiairement entre elleso 35 Chaque aube mobile 21 comporte une enrôlant ure 22 pourvue de 69 00282 3 2000352 nervures 23, 24 qui sont en contact étanche arec la partie 25, d'un organe annulaire de jonction étanche 26 mobile axialement. La face radiale externe de l'organe ?6 présente une gorge circulaire "^0 constituant un logement pour une bague d'étanchéité 5 31 prévue Pour glisser sur la Paroi interne cloison solidaire 32 de la monture fixe des aubes de guidage de la tuyère 14» La eleison 32 s'étend, radialement vers l'intérieur par rapport à la bague d'étanchéité 31 et présente un log,ement 33 pouvant recevoir une bague d'étanchéité 34 en contact glissant avec 10 une face 3 S radialement interne, de l'organe de jonction étanche 26. Les bagues d'étanchéité 31, 34 assurant l'étanchéité entre l'organe 26 et la cloison 52» 33 permettent un déplacement gxi al dudit organe 26. L'organe 26 et la partie 33 de la cloison sont munis, respectivement, de erabots 36, 37 s'engageant mutuellement 15 sans jeu et contribuant à limiter le mouvement radial de l'organe 26o Une couronne d'étanchéité 38 pourvue de nervures espacées radialement 39, 40, est boulonnée sur la face amont du rotor 20. Un passage 41 présentant une section en "L" est délimité entre la 20 couronne d'étanchéité 38 et l'organe de .jonction étanche 26. Ce passage 41 Présente, 9, 40 et les nervures annulaires 50, 51 séparées radialement des premières, sur l'organe 26. Le rétrécissement 45 est délimité entre une nervure annulaire 5? de l'organe 26 et une face externe 53 du disque d'étanchéité ^8a En fonctionnement no~-30 mal la largeur du rétrécissement 45 essentiellement plus grande que celle des rétrécissements 42, 43» L'extrémité, interne dans le sens radial, du passage 41 communique avec une zone 54 alimentée en air comprimé par le compresseur haute pression ; cet air pénétrant dans cette zone 54 par un 35 canal 55 comme l'indique la flèche 56» 69 00282 4 2000352 De plus, cette extrémité du passage 41 communique avec une enceinte 60 délimitée entre l'organe de jonction étanche 26, le rotor 20 et la couronne d'étanchéité 58 ; la pression dans l'enceinte 60 étant inférieure à celle régnant dans la zone 54« 5 L'organe de jonction étanche 26 présente une face 61 qui s'étend radialement et délimite, avec la paroi 52, une chambre 62. L'organe 26 est percé d'une pluralité de trous 65 espacés angu-lairement entre eux, (un seul est représenté sur la figure) et assurant une communication entre l'espace 44 et la chambre 62, de 10 sorte que la pression dans la chambre 62 est sensiblement égale à celle de l'espace 44» L'organe de jonction étanche 26 est traversé par une pluralité de oonduits 64 esnacés angulairement les uns des autres et s'étendant radialement ; les extrémités internes radiales de ces 15 conduits 64 communiquant avec la zone 5/!. Un fluide réfrigérant provenant de cette zone 54 peut donc s'échapper radialement par les conduits 64 et entre des ailettes de turbulence 65 situées à leur extrémité radiale.» Ce fluide réfrigérant, après avoir franchi ces ailettes, est conduit dans une chambre d'accumulation 20 66, prévue dans le rotor 20, d'où il passe (par une canalisation non représentée) dan^ des augrets des aubes 21 du rotor de la turbine, On conçoit que le joint formé entr^ les nervures 25» 24 et la partie 25 de l'organe de jonction étanche 26 réduit ou supprime 1'échappement de cet air réfrigérant à haute pression, entre 25 les aubes 21 de la turbine et les aubes de guidage 14 de la tuyère ce qui permet d'utiliser l'air réfrigérant à une pression plus élevée qu'il ne serait possible autrement. Le fluide réfrigérant, transféré de« ailettes de turbulence 65 à la chambre d'accumulation 66, pénètre en partie dans l'en-50 ceinte 60, de sorte que, comme on l'a précisé plus haut, la pression dans cett° dernière sera sensiblement inférieure à celle régnant dans la zone 54* La pression dans l'enceinte 60 sera, également, affectée par l'écoulement à travers le passage 41 qui s*étend entre la zone 54 et l'enceinte 60 ; les rétrécissements 55 42, 43 provoquant une série de chutes de la pression du fluide 69 00282 s 2000352 cheminant dans ce passage» La pression dans l'enceinte 60 sera, également, affectée par l'écoulement à travers°lep éven+c' 67 qui traversent l'organe de jonction étanche 96 et communiquent, à la fois, avec la chambr° 62 et avec l'enceinte 60 par suite ô 'un 5 écoulement constant depuis la zone 54 jusqu'à l'enceinte 60 par l'espace 44» les perforations 65, la chambre 62 et les évents 67* Les pressions s'exerçant, respectivement, sur la face 61 s'étendant radialement et sur la face amont de l'espace AA, agissent sur l'organe 26 dans des sens axiaux opposés. 10 Cependant, étant donné les grandes dimensions de la face 61 • en comparaison de celles de la fa^e amont dp 1 'ospace 44, une force axiale importante s'exerce vers l'aval. nette force est" contrecarrée par une force résultant de la prersion du fluide réfrigérant qui agit, dans la zone 54, sur une face sensiblement ' 15 radiale 70 de l'organe 26 et disposée en regard de la couronne d'étanchéité 38. Si, donc, l'organe 26 tend à s3approcher de la couronne 5°, la pression dans l'espace 44 tendra à tomber par suite la diminution des rétrécissements à2, 45 et la force agissant °>ur la 20 face 61 décroîtra de même façon. La force agissant sur la face 70 tendra donc à ramener l'organe 26 à une position d'équilibre. De môme, si l'organe 2 Bien entendu, les dimensions des faces 61, 70 sont établies en fonction des pressions au'elles doivent supporter pour maintenir, entre l'organe 26 et la couronne 3?, un écart axial dé-30 siré. Quand le moteur 10 démarre en fartant du repos, l'organe 26 peut être complètement rétracté, c'êst-à-dire, peut occuper sa position amont extrême. Dans cette position, les rétrécissements 42, 43 ne produiront pas, entre les pressions régnant dans la 35 zone 54 et dans l'enceinte 60» la chute de pression nécessaire 69 00282 s 2000352 pour placer correctement l'organe 26» Mais cette chute de pression sera assurée, à ce moment, par le rétrécissement 45 dont les dimensions nQ ^nt pas affectées par la position de l'organe 26. De plus, ce rétrécissement 45 assurera l'étanchéité du joint 5 entre 1*organe 26 et la couronne 38 si, par suite d'une défaillance quelconque, ces deux pièces viennent à se séparer axiale— ment a La largeur du rétrécissement 45 est, dans les conditions normales de fonctionnement, supérieure à celle des rétrécissements 10 42» 43 et, par conséquent» le joint réalisé par le rétrécissement 45 n'affecte pas le fonctionnement de l'organe 26 dans ces conditions normales0 On notera que le joint réalisé entre les nervures 23» 24 et l'organe 26 est maintenu par la position convenable de ce dérnier, 15 laquelle est déterminée par le passage 41, suffisamment espacé des nervures 23s 24 ; c'est donc un joint asservi dont le maintien est assuré au niveau des nervures 23s 24 c'est-à-dire à un endroit d'espace limité donc impropre à abriter des dispositifs d'étanchéité compliqués» On notera en outre que, même dans le 20 cas d'usure des nervures 50» 51, l'organe 26 se déplacera légèrement vers l'aval pour compenser cette usure» cloisons 32 et 71 délimitent un passage 72 recevant une partie de l'air réfrigérant provenant du canal 55» L'air réfrigérant provenant du passage 72} suivant les flèches 73? 74 et 75» 25 pénètre dann le« Parties internes des fentes 76 adjacentes à leurs bord" de fuite. On remarauèra aue le joint ménagé entre le? nervures 23» 24 et l'organe 26 empêche la fuite d'une quantité importante d'air réfrisér^nt oui s'échapperait radialement entre ceux-ci ainsi 30 qiientre les aubes de guidage 14 de la tuyère et les aubes mobiles 21 la turbine. Oeci s=t d 'une très grande iiîroortanee car le rendement d*un moteur moderne à turbine, à à haute température est considérablement affecté par la pression sous laquelle on peut amener lsair réfrigérant aux aubes mobiles de sa turbine» 35 ?n.en entendu» l'invention n'est vas limitée aux termes de la 69 00282 2000352 description qui précède mais elle en comprend, au contraire, toutes les variantes à la portée d'un homre de métier® 69 00282 s 2000352 EEVENSICATIONS 1°) Dispositif de jonction étanche pour turbine à gaz ou engin analogue, caractérisé en ce qu'il comprend un stator, un rotor dont une première nartie est séparée dudit stator par un 5 organe mobile de jonction étanche délimitant une chambre avec ledit stator auquel il est joint d'une façon étanche, un nassage délimité entre l'organe de jonction étanche et ladite première partie du rotor et contenant deux rétrécissements séparés par un espace, les dimensions desdits rétrécissements variant selon le 10 mouvement de 1"oreane de jonction étanche et ledit espace communiquant avec ladite chambre, ledit passage s'étendant entre deux zones de pressions différentes et des moyens étant prévus pour ventiler ladite chambre, l'organe de jonction étanche présentant une nartie espacée dudit passage et en contact étanche avec une 15 seconde partie du rotor, le tout étant assemblé de façon aue les pressions s'exerçant sur 1'oresne de jonction étanche le poussent vers une position où ladite partie dudit organe est légèrement ocî-naoée de ladite seconde partie du rotor mais forme avec elle un joint étanche. 20 2°) Dispositif de jonction étanche selon 1, caractérisé en ce oue le nassage présente un rétrécissement dont les dimensions ne "ont pas affectées par un déplacement notable de l'organe mobile de jonction étanche par rapnort à la première nartie du rotor. 25 3°) Dispositif de jonction étanche selon 1 ou 2, caractérisé en ce que l'organe de jonction étanche est mobile, axialement et les rétrécissements et l'espace ménagés entre ces derniers se présentent sous la forme d'un passage ou d'une partie d'un passage, s'étendant radialement. 30 4°) Dispositif de jonction étanche selon 1 à 3, caractérisé en ce aue la zone de nression élevée e^t délimitée par une nre— mière face de l'oreane de jonction étanche faisant face, dans le sens axialement opposé, à une seconde face dudit organe délimitant la chambre. 35 5°)Dispositif de jonction étanche selon 1 à 4» caractérisé en ce 69 00282 9 2000352 que les moyens de ventilation de la chambre comprennent, au moins, une ouverture traversant l'organe de jonction étanche et communiquant avec la zone de basse pression. 6°) Dispositif de jonction étanche selon 1 à 5, caractérisé 5 en ce que l'organe de jonction étanche est traversé par, au moins, un conduit amenant le fluide sous pression d'une zone de haute pression à un point d'utilisation. 7°) Dispositif de jonction étanche selon 6, caractérisé en ce que le ou les conduits sont disposés de façon à diriger le fluide 10 sous pression dans une canalisation du rotor en vue du refroidissement de ce dernier. 8°) Moteur à turbine à gaz équipé d'un organe de jonction étanche selon 1 à 7, caractérisé en ce que ledit organe coopère avec le rotor de la turbine du moteur pour limiter l'échappement d'air 1 5 de refroidissement.