Brevet FR2027667A1 — publié le 19701002

La présente invention concerne le perfectionnement des moteurs à turbines à gaz, et plus particulièrement le perfectionnement des dispositifs d'étanchéité pour les tubes permettant l'accès à une partie du moteur et devant traverser les parois de conduits su-5 bissant différentes dilatations thermiques du fait des variations de la température des parties environnantes pendant le fonctionnement o Dans différents types de moteurs à turbines à gaz, les parois d'un conduit définissant un passage d'écoulement pour des gaz 10 doivent être traversées par des tubes ou des conduits pour éta-blir une communication entre une partie intérieure et une partie extérieure du moteur» Comme ces parois délimitent des passages d'écoulement pour de l'air ou des gaz chauds, il est très important que les fuites de gaz ou d'air soient réduites au minimum 15 aux points de jonction entre les parois du conduit et la surface du tube d'accès. Ce problème est encore plus compliqué par le fait que l'une ou les deux extrémités du tube doivent être raccordées à un élément du bâti ou d'une autre structure fixe, et que les parois du conduit peuvent être déplacées du fait de la dilatation 20 thermique radialement vers l'intérieur aussi bien que vers l'extérieur que dans la direction axiale vers l'avant ou l'arrière.Si ces tubes d'accès ou autres sont fixés rigidement à la paroi du conduit pour permettre des joints étanches aux gaz, il en résulte des contraintes importantes imposées aux éléments ou bien des rac-25 cords compliqués entre les éléments0 La présente invention a pour objet un joint efficace pour un tube d'accès ou un élément semblable traversant une ou plusieurs parois d'un conduit définissant un trajet d'écoulement pour un courant de gaz dans un moteur à turbines à gaz. J>0 Cet objet est atteint conformément à l'invention en utilisant dans ;un moteur à turbine à gaz comportant un élément tel qu'un tube d'accès traversant une paroi d'un conduit, un joint comportant un manchon entourant télescopiquement le tube à son passage à travers la paroi du conduit traversé par le courant gazeux0 Ce 55 manchon est prévu pour maintenir un engagement d'étanchéité entre le tube d'accès et la paroi du conduit dans la direction axiale de mouvement relatif entre le tube et la paroi du conduit, ainsi que dans n'importe quelle autre direction dans un plan normal à l'axe du tube d'accès. Suivant un mode de réalisation, le manchon 69 45681 2027667 2 forme un joint circulaire par rapport à un tube d'accès pour permettre les mouvements axiaux, et un dispositif d'étanchéité formé par des rebords circulaires permet les déplacements dans le plan normal à l'axe du tube d'accès» Suivant un autre mode de mise en 5 oeuvre de l'invention, le manchon forme un joint circulaire par rapport à la paroi d'un tube d'accès et un dispositif d'étanchéité à rebords circulaires permet les déplacements dans un plan normal à l'axe du tube» Quand un tube d'accès traverse des parois d'un conduit défi-10 nissant un trajet d'écoulement annulaire et que ce tube est relativement fixé à l'une des extrémités ou aux deux extrémités, il est préférable que des raccords étanches semblables soient utilisés à travers les deux parois du conduite Conformément à la présente invention, un joint d'étanchéité 15 pour les gaz pour un moteur à turbine à gaz comportant au moins une paroi de conduit définissant un trajet d'écoulement pour les gaz, et un élément tel qu'un tube d'acier traversant la paroi Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus parti-25 culièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple et faite en se référant au dessin annexé sur lequel : la figure 1 est une coupe schématique d'un moteur à turbine à gaz comportant des dispositifs d'étanchéité selon la présente invention, 30 la figure 2 est une coupe schématique d'un joint d'étanchéité selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, la figure 3 est une coupe selon la ligne XII-III de la figure 2, et la figure 4 est une coupe schématique d'un joint d'étanchéité 35 suivant un autre mode de mise en oeuvre de 1*invention» La figure 1 représente sous une forme très simplifiée un moteur à turbosouffiante utilisé pour la propulsion d'un avion„Ce moteur comprend un capot extérieur 10 formant la paroi extérieure d'un conduit, et une paroi intérieure de conduit 12 „ Un moteur 45681 3 2027667 central 14 est monté à l'intérieur de la paroi 12 pour engendrer un courant de gaz chauds pour l'entraînement de la turbine 16 entraînant la soufflante. Cette turbine entraîne par l'intermédiaire d'un arbre 18 le rotor à ailettes 20 de la soufflante qui engendre un courant d'air sous pression. La partie annulaire extérieure de ce courant d'air passe entre les parois 10 et 12 du conduit pour échapper à travers une tuyère de propulsion 22 pour produire une poussée de propulsion» La partie intérieure du courant d'air sous pression produit par la soufflante 20 est à nouveau comprimé par le compresseur 24 du moteur central 14 pour assurer la combustion du carburant dans une chambre de combustion 26 du moteur central» Le courant de gaz chauds ainsi engendré fait tourner le turbine 28 du moteur central qui entraîne par l'intermédiaire d'un arbre creux 30 le rotor du compresseur 24» Après avoir entraîné le rotor de la turbine 28, le courant de gaz chauds entraîne le rotor de la turbine 16 de la soufflante et échappe ensuite à travers la tuyère de propulsion 31 » Différents dispositifs ont été étudiés et peuvent être conçus pour supporter les organes principaux de la turbosoufflante ainsi que du moteur sur le bâti d'un avion» Cependant, en raison des différences de température entre le courant d'air passant entre les parois 10 et 12 du oonduit et des températures dans le moteur central à l'intérieur de la paroi 12, il existe des différences de dilatation thermique entre les parois du conduit aussi bien radialement qu'axialement, la différence de dilatation thermique dans le sens radial étant cependant le facteur principal» Il est souvent nécessaire ou désirable qu'un élément tel qu'un tube d'accès traverse .les parois 10 et 12 du conduit, par exemple le tube 32 représenté pour le passage de conducteurs électriques vers une bougie d'allumage 33 pour la combustion du carburant dans la chambre de combustion 26 » Les figures 2 et 3 représentent un joint d'étanchéité pour le tube d'accès 32 traversant la paroi 10 du conduit pour l'air de la soufflante» Ce joint comporte une partie annulaire en forme de manchon 3^ entourant le tube 32» Le tube 32 comporte un collet J>6 venu de matière qui est engagé avec des tolérances étroites dans la partie centrale 40 du manchon 32» Cette partie centrale forme une surface circulaire d'étanchéité entre le tube 32 et le manchon 3^» Le manchon 34 comporte un rebord circulaire formant une bride 42 69 45681 4 2027667 dépassant vers l'extérieur. La surface intérieure de cette bride porte sur la surface d'un rebord circulaire 44 de la paroi 10 du conduit. Une bague fendue de retenue 46 est engagée élastiquement dans une rainure circulaire 48 de la partie supérieure du rebord 5 44 pour maintenir une bague d'étanchéité 50 en contact contre la surface supérieure de la bride 42. Il sera noté que le bord intérieur du rebord circulaire 44 est largement espacé du manchon 34 dans le sens radial pour permettre des mouvements relatifs du manchon et par suite du tube 32 dans le sens radial, c'est-à-dire 10 dans un plan normal à l'axe du tube 32, avec maintien d'un joint d'étanchéité efficace sur l'un des côtés ou sur les deux côtés de la bride 42. Le joint décrit ci-dessus empêche des fuites appréciables de gaz à travers la paroi 10 tout en permettant des mouvements re-15 latifs libres entre le manchon, la paroi du conduit et le tube 32 dans la direction axiale par rapport au tube et dans toutes les directions dans un plan normal à l'axe du tube. Ces mouvements relatifs permettent des dilatations thermiques complexes entre les éléments sans que la paroi du conduit, le tube d'accès et les au-20 très éléments connectés soient soumis à des contraintes appréciables. Le mode de mise en oeuvre représenté sur la figure 4 apporte les mêmes avantages. Dans le cas de la figure 4, un manchon 52 entoure un tube d'accès 32' d'une forme légèrement modifiée. La 25 surface extérieure de l'anneau 52 établit un joint d'étanchéité circulaire entre la surface intérieure 5% et une partie annulaire 56 fixée à la paroi 10' du conduit. Ce joint permet les mouvements axiaux comme dans le cas de la figure 2. Le tube 32' comporte un rebord en forme de bride 58 solidaire 30 du tube. La surface inférieure de cette bride porte sur la surface circulaire 60 d'une partie intérieure de l'anneau 52. Une bague de retenue fendue élastique 62 est engagée dans une rainure circulaire 64 pour maintenir une bague d'étanchéité 62 contre la surface supérieure de la bride 58. Des jeux convenables sont prévus pour 35 permettre des mouvements relatifs dans un plan normal à l'axe du tube avec maintien d'un joint efficace contre les fuites de gaz sur l'un des côtés ou les deux côtés formés par les surfaces radiales de la bride" 58» Le dispositif d'étanchéité selon la figure 4 a l'avantage supplémentaire de permettre l'enlèvement de l'anneau d'étanchéité en 45681 5 2027667 même temps que le tube d'accès 32'» Cette caractéristique est utile pour l'entretien et la réparation du joint» Quand un élément tel qu'un tube d'accès traverse deux parois d'un conduit de la façon représentée sur la figure 1, il est pré-5 férable d'utiliser un joint d'étanchéité tel que celui décrit au passage du tube à travers chaque paroi du conduit» Les joints d'étanchéité pour empêcher les fuites de gaz peuvent avoir différentes formes d'une façon connue» Dans certains cas, il existe un jeu faible entre deux parties cylindriques,par 10 exemple dans les joints circulaires décrits ci-dessus. L'efficacité de ces joints est encore améliorée par des rainures circulaires 68 et 70 représentées respectivement sur les figures 2 et 4» Dans d'autres cas, il existe un contact glissant réel entre les surfaces d'étanchéité comme c'est le cas des parties d'étanchéité 15 pour les brides décrites» Dans tous les cas., il est possible d'u= tiliser différents types d'éléments ou de bagues d'étanchéité pour les joints- décrits, ainsi que d'autres variantes de ces joints. Bien entendu, la description qui précède n'est pas limita-20 tibe et l'invention peut être mise en oeuvre suivant Vautres va-""""^riantes s^s^que^î^Srr*sortesde sbn cadrer- - 69 45681 6 2027667 REVENDICATIONS 1 - Joint d'étanchéité pour empêcher les fuites de gaz dans un moteur à turbine à gaz comportant au moins une paroi de conduit définissant un trajet d'écoulement pour un gaz et un élément tel 5 qu'un tube d'accès traversant la paroi, caractérisé par un manchon entourant l'élément tel que le tube d'accès et un dispositif pour maintenir des contacts d'étanchéité entre le manchon, le tube et la paroi du conduit en permettant des mouvements relatifs entre le tube et la paroi du conduit dans la direction axiale du tube et 10 dans un plan normal à l'axe du tube. 2 - Joint d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé par un dispositif circulaire d'étanchéité entre le tube d'accès et l'alésage central du manchon pour assurer l'étanchéité en permettant des mouvements relatifs axiaux, et un élément circulaire 15 d'étanchéité entre une partie en forme de bride du manchon et la paroi du conduit permettant les déplacements dans le plan normal à l'axe du tube tout en maintenant l'étanchéité. 3 - Joint d'étanchéité selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément tel qu'un tube d'accès comporte une collerette 20 extérieure engagée dans l'alésage central du manchon pour établir le joint circulaire et le manchon comporte un rebord circulaire en forme de bride dépassant vers l'extérieur, la paroi du conduit comportant un rebord en contact avec une surface radiale de la bride et une bague d'étanchéité montée dans ce rebord pour porter sur la 25 face radiale opposée de la bride» 4 - Joint d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé par une partie annulaire solidaire de la paroi du conduit, un dispositif circulaire d'étanchéité entre cette partie annulaire et le manchon d'étanchéité permettant le déplacement axial, et un dispo- 30 sitif d'étanchéité entre le tube d'accès et le manchon permettant des mouvements dans le plan normal par rapport à l'axe du tube. 5 - Joint d'étanchéité selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif d'étanchéité entre le tube et le manchon comprend une bride circulaire dépassant du tube d'accès et une sur- 35 face d'étanchéité radiale d'une bride intérieure du manchon en contact avec un côté de la bride du tube, et une bague d'étanchéité montée dans le manchon pour être en contact avec l'autre côté de la bride du tube.