Brevet FR2228967A1 — publié le 19741206

La présente invention concerne un dispositif d'étanchéité, en particulier pour les pointes d'aubes de compresseur d'un moteur à turbine à gaz. Une des principales difficultés rencontrées jusqu'ici avec presque tous les types de joints de cette sorte fut l'impossibilité de maintenir un jeu convenable, à la pointe de l'aube, dans toutes les conditions de fonctionnement du moteur. Avec le joint de bout d'aube classique, il fallait maintenir un jeu excessif sur les bouts d'aubes quand le moteur était immobile ou tournait ientement, nécessité évidemment très fâcheuse pour le rendement du moteur aux faibles vitesses. L'expérience a révélé que, lorsqu'un moteur gagne rapidement sa vitesse de régime, le rotor du compresseur subit deux phases de dilatation thermique. Pendant la première phase, la couronne et les aubes, assez minces, du compresseur se dilatent rapidement en réponse à l'augmentation de température de l'air traversant le compresseur, et le diamètre de l'aubade croît également du fait de la force centrifuge agissant sur l'aubage et le disque. La seconde phase de dilatation thermique a lieu quand le moyeu, assez épais, du compresseur s'échauffe jusqu'à la tem pérature de régime. Mais la chemise du compresseur se dilate à une vitesse régulièrement décroissante pendant tout le processus d'échauffement et le jeu sur les bouts d'aubes doit être calculé de façon à tolérer toutes les variations relatives de dilatation mentionnées ci-dessus. La présente invention concerne un dispositif d'étanchéité pour aubes de compresseur équipé d'organes lui permettant de se déplacer pour s'adapter à une fraction importante de la dilatation thermique se produisant dans les aubes du compresseur et le rotor. Le dispositif d'étanchéité selon l'invention comprend un premier élément annulaire sur le diamètre interne duquel est ménagée une face jointive, et un second élément annulaire disposé radialement et extérieurement au premier, la masse du second élément étant essentiellement plus grande que celle du premier de façon que le premier élément se dilate ou se contracte plus rapidement que le second sous l'action d'une variation de température et ce, de telle façon que, lorsque la température du premierdlément augmente, ledit premier élément se dilate assez rapidement jusqu'à ce que, ayant atteint un diamètre prédéterminé, il prenne contact avec une partie du diamètre interne du second élément et ne puisse contil. er à se dilater qu'à la vitesse de dilatation plus lente, fonction de sa plus grande masse, du second élément. De préférence, le premier élément annulaire est relativement mobile par rapport au second élément annulaire, ledit premier élément comportant un flasque radial sur sa périphérie externe, pouvant établir un ajustement glissant avec une fente annulaire définie dans le diamètre interne du second élément. De préférence, le premier élément annulaire est monté coaxialement au second au moyen d'une pluralité d'éléments de ressorts placés dans un intervalle séparant deux parties desdits éléments annulaires. L'invention concerne également un dispositif d'étanchéité tel que défini ci-dessus et dans lequel le premier et le second éléments annulaires sont fait de matières ayant essentiellement la meme vitesse de dilatation. De préférence, le second élément annulaire constituera la partie interne de la chemise du compresseur d'un moteur à turbine à gaz. L'invention est décrite ci-après en détail au moyen d'un exemple préféré, non limitatif, de réalisation représenté aux dessins annexés dans lesquels - la Fig. 1 est une vue schématique de côté d'un turboréacteur dont la partie de compresseur est écorchée pour laisser apparaxtre la mise en pratique de l'invention; - la Fig. 2 est une coupe à plus grande échelle d'une partie du compresseur hautepression de la Fig. 1; - la Fig. 3 est une croupe à une échelle encore plus grande d'un des dispositifs d'éétanchéité représentés ensemble sur la Fig. 2 ; et - la Fig. 4 est une coupe transversale partielle du dispositif d'étanchéité selon la ligne 4-4 de la Fig. 3. Le moteur à turbine à gaz 10, représenté à la Fig. 1, est un turboréacteur à double bobine comportant une prise d'air 12, un compresseur basse-pression 13, un compresseur haute-pression 14, un appareillage de combustion 15, une turbine haute-pression 16 et une turbine basse-pression 17 se terminant par une tuyère de réaction 18. Le compresseur BP 13 et la turbine BP 17 d'une part, le compresseur HP 14 et la turbine HP 16 d'autre part, sont respectivement montés sur des arbres communs, non représentés. La Fig. 2 est une vue à plus grande échelle d'une partie du compresseur HP 14 du moteur 10. La coupe représentée du compresseur HP 14 comporte des aubes fixes 19a, 19b et 19c fixées respectivement, à leur extrémité aval radialement externe, à des éléments de chemise annulaires secondaires radialement externes 20a 20b et 20c et, à leur extrémité amont radialement externe, à des éléments annulaires 21a et 21b fixés eux-mêmes aux éléments annulaires secondaires 20a 20b et 20c. Ces derniers sont, à leur tour, joints ensemble par des flasques disposés à leurs extrémités les plus extérieures. Glissant radialement dans une fente annulaire ménagée entre les éléments annulaires 20a et 20b et les éléments annulaires de fixation du stator 21a et 21b, se trouve une pluralité de projection s'étendant circonférentiellement 22a et 22b, réalisées sur les éléments annulaires 24a et 24b, dont les parties les plus intérieures se se terminent par deséléments annulaires jointifs 23a et 23b. Intérieurement, dans le sens radial, aux éléments annulaires jointifs 23a et 23b sont disposées des séries, dirigées circonférentiellement, d'aubes de compresseur 25a et 25b séparées desdits éléments jointifs par un intervalle G. La Fig. 3 est une vue à bien plus grande échelle montrant l'un des dispositifs d'étanchéité représentés à la Fig. 2 ainsi que l'un des éléments de ressort orientés circonférentiellement, représentés également en élévation latérale sur la Fig. 4. Lorsque le moteur 10 est mis en marche, I'air sous haute pression s'écoule à travers le compresseur entre ses aubes fixes et mobiles. Au fur et à mesure, que la vitesse du moteur augmente, la température de l'air traversant le compresseur augmente également. Les aubes 25a et 25b du compresseur commencent donc à se dilater radialement, ce qui se produit assez vites étant donné la section assez mince des aubes et la vitesse élevée de transmission de la température locale dans la couronne du disque. Cette dilatation initiale assez rapide des aubes de compresseur 25a produirait une première diminution de la dimension de l'intervalle G mais ceci est compensé par l'élément annulaire jointif 23a qui absorbera rapidement, en raison de sa faible section, la chaleur du courant d'air sous haute pression. L'élément jointif 23a se dilatera donc essentiellement à la même vitesse que les aubes 25a et le jeu entre les deux pièces restera essentiellement constant. Dans les conditions de fonctionnement habituelles, les aubes du compresseur atteindraient très rapidement la température du courant gazeux (c'est à dire en 10 à 15 secondes environ) et la bague d'étanchéité continuerait à se dilater mais, à ce mouvement, s'oppose la face arrière 30a de l'élément annulaire jointif 23a detenue par l'élément annulaire secondaire 23a de l'enveloppe et l'élément porte r de stator 21a. Les éléments 20a et 21a continueront à se dilater à une vitesse moindre que la bague d'étanchéité 23a du fait de leur masse beaucoup plus importante. La masse des parties 20a et 21a est choisie spécialement de façon que leur vitesse de dilatation corresponde à la vitesse de dilatation ou de contraction du moyeu, assez lourd, du rotor (non représenté sur les dessins) et maintienne ainsi essentiellement l'intervalle de jeu désiré G entre les aubes 25a et l'élément annulaire jointif 23a. on comprendra que, lorsque la vitesse du moteur décroît, les processus inverses de ceux qui viennent d'être décrits se déroulent et maintiennent essentiellement constant le jeu aux bouts d'aubes pendant la décélération. Une pluralité d'éléments de ressorts 33 est disposée autour d'une portion annulaire 34a et 35a placée sur l'élément externe de chemise 2Oa et l'élément annulaire de fixation du stator 20a, respectivement. La partie centrale du ressort 33 vient essentiellement en contact avec le diamètre 34 à la périphérie de l'élément jointif 23A. Les ressorts ont pour fonction de jouer le rôle d'amortisseurs pour diminuer toute vibration pouvant naître dans le dispositif mais ils nt sont pas indispensables. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'étanchéité à jeu constant, en particulier pour aubes de rotor, caractérisé en ce qu'il comprend un premier élément annulaire sur le diamètre interne duquel est ménagée une face jointive, et un second élément annulaire disposé radialement et extérieurement au premier, la masse du second élément étant essentiellement plus grande que celle du premier de façon que le premier élément se dilate ou se contracte plus rapidement que le second sous l'action d'une variation de température et ce, de telle façon que, lorsque la température du premier élément augmente, ledit premier élément se dilate assez rapidement jusqu'à ce que, ayant atteint un diamètre prédéterminé, il prenne contact avec une partie du diamètre interne du second élément et ne puisse continuer à se dilater qu'à la vitesse de dilatation plus lente, fonction de sa plus grande masse, du second élément. 2. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier élément annulaire est relativement mobile par rapport au second élément annulaire, ledit premier élément comportant un fi asque radial sur sa périphérie externe pouvant établir un ajustement glissant à l'intérieur d'une fente annulaire définie dans le diamètre interne du second élément. 3. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier élément annulaire est monté essentiellement coaxialement au second au moyen d'une pluralité d'éléments de ressorts placés dans un intervalle défini entre deux parties des éléments annulaires respectifs. 4. Dispositif d'étanchéité selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le premier et le second éléments annulaires sont faits de matières ayant essentiellement la même vitesse de dilatation. 5. Dispositif d'étanchéité selon une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le second élément annulaire constitue la partie interne de la chemise du compresseur d'un moteur à turbine à gaz. 6. Dispositif d'étanchéité essentiellement tel que décrit simplement à titre d'exemple et en se référant aux dessins annexés.