Brevet FR2241691A1 — publié le 19750321

La présente invention se rapporte aux dispositifs d'étanchéité et plus particulièrement à un dispositif destiné à assurer l'étanchéité aux liquides entre les composants rotatifs se trouvant aux confins du moteur de turbine à gaz, mais elle n'est en aucune façon limitée à ce type d'application. On sait que dans le passé des étanchéités du type à labyrinthe étaient prévues pour rendre les composants étanches dans le mouvement relatif de ces derniers les uns par rapport aux autres. Ce type d'étanchéité présente cependant plusieurs inconvénients. Le dispositif le plus courant est d'affecter une partie du labyrinthe à un composant, par exemple une partie possèdant plusieurs nervures érigées alors qu'une surface plate se trouve à son voisinage. Avec ce type de dispositif il est nécessaire de maintenir un certain j eu entre la partie de labyrinthe et la surface plone, ce jeu étant réduit au minimum afin d'obtenir une étanchéité efficace entre les deux parties. On peut se rendre compte que par suite de la nécessité de prévoir ce jeu extremement faible, il se produira dans certaines circonstances un frottement et par conséquent une surchauffe ou de l'usure entre les deux composants, ce qui réduit l'efficacité de l'étanché ité. L'un des autres inconvénients principaux de ce type d'étanchéité est que le nombre des chambres d'expansion prévues se trouve limité au nombre de cavités existant entre les projections du labyrinthe d'étanchéité, or il est bien connu que si l'on augmente le nombre de chambres d'expansion d'une étanchéité on augmente également son efficacité. Un autre inconvénient de l'étanchéité à labyrinthe traditionnelle résulte du fait qu'il est quelquefois désirable de prévoir un volume d'air spécifique qui traversera l'étanchéité pour le refroidissement, etc.. Avec le type habituel d'étanchéité, ceci est extrêmement difficile, étant donné la difficulté à maintenir le jeu entre les composants respectivement étanchéisés. L'invention présente se rapporte à un dispositif d'étanchéité qui se propose de surmonter les inconvénients décrits ci-dessus de manière appréciable. Dans ce but le dispositif d'étanchéité comprend une première partie pourvue d'une première pluralité de doigts en projection, et une seconde partie comportant une deuxième pluralité de doigts, les doigts des deux parties s'entrecroisant. La première et la seconde parties sont de préférence annulaires et relativement rotatives l'une par rapport à l'autre. Les deux séries de doigts s'entrecroisent de préférence de manière à former une cavité convenablement fermée entre elles. En outre, les deux séries de doigts sont disposées de façon à ce que la somme des surfaces d'écartement prévues entre les deux séries de doigts reste constante lorsqu'une des séries de doigts se meut par rapport à l'autre. De préférence, les deux séries de doigts comportent des projections axiales disposées sur les faces extrêmes des parties annulaires. En variante, la première série de doigts est disposée en projection radiale vers l'extérieur d partir de la périphérie du premier anneau, tandis que la seconde série de doigts est disposée en projection radiale intérieure à partir d'une partie du diamètre interne de la seconde série. Cette invention comporte en outre un dispositif d'étanchéité convenant pour le maintien de-l'étonchéité de deux parties en rotation relative à l'intérieur d'un moteur de turbine à gaz. Le dispositif d'étanchéité est de préférence utilisé comme étanchéité intermédiaire d'un rotor de turbine ou de compresseur. Une présentation matérielle de l'invention sera décrite à titre d'exemple seulement et en se référant au plan ci-joint dans lequel - la figure 1 donne une illustration schématique du moteur de turbine à gaz dont une partie est éclatée afin de montrer un schéma de l'aspect physique de l'invention - la figure 2 donne une coupe agrandie de la représentation matérielle de l'invention illustrée par la figure 1. En se référant au plan d'ensemble du moteur de turbine à gaz 10 celle-ci compend le compresseur à débit en série 12, la section combustion 13, la section turbine 14 qui se termine par la buse de sortie 15. La section turbine 14 et la section compresseur 12 dont le mouvement est rotatif sont montées sur un arbre commun qui n'apparaît pas sur le plan. Une portion éclatée de la turbine 14 donne une vue schématique de l'aspect matériel de la présente invention. L'ensemble du dispositif d'étanchéité 16 est illustré par la figure 2. Elle comporte une première étanchéité annulaire 17 fixée d'une façon qui n'apparat pas sur la figure, à la pjatebrme radiale intérieure 18 de la vanne 19. La première étanchéité annulaire 19 comporte quatre projections axiales du genre bride 20a, 20b, 20c, 20d, qui constituent la première série de doigts, les brides 20b, 20c et 20d se terminant par un ergot tourné vers le haut 21b, 21c et 21d. Dans le voisinoge immédiat du premier anneau d'étanchéité est prévu un second'anneau-22 qui est à son tour fixé de manière rigide sur le rotor 23, qui porte les lames de turbine 24. La seconde étanchéité annulaire 22 comporte 3 projections axiales du genre bride 25a, 25b et 25c formant la seconde série de doigts qui, à leur tour, se terminent par une partie renflée complètant l'étanchéité annulaire 26a, 26b et 26c, conçue de manière à réserver un certain espace entre elles et le doigt voisin prévu sur l'étanchéité annulaire 17. Comme on le verra sur la figuré 2, la première série de doigts 20 a,20b, 20c- et 20d est disposée de manière interdigitale par rapport aux projections du type bride 25a, 25b et 25c, de manière à former les cavités 27, 28, 29, 30 et 31 entre les séries de doigts respectives. On peut se rendre compte que pendant le fonctionnement d'un moteur de turbine à gaz, comportant le dispositif faisant l'ob jet de cette invention, Itétonchéité pourra atre mise sous pression à partir d'une source d'air à haute pression se trouvant à un point du compresseur du moteur. L'air arrive radialement vers l'extérieur au travers de l'étanchéité dans la direction de la flèche 30. On comprendra facilement que pendant le passage tortueux au travers des cavités 31, 30, 29, 28 et 27 I'air sous haute pression perdra la plus grande partie de son énergie initiale par suite de ses dilatation et de ses contractions successives lors de son passage dans les chambres formées par les différents espaces aménagés entre les étanchéités successives. Il est facile de comprendre qu'avec le dispositif décrit, si un léger mouvement radial oti axial se produit entre la turbine rotative 24 ou la structure de la vanne de guidage de la buse 19 il n'y aurn pratiquement aucun changement dans l'ensemble de la surface transversale des espaces aménagés entre les différents doigts, respectivement 20a, 20b, 20c et 20d, la seconde série de doigts 25a, 25b 25c. II est par conséquent possible, en choisissant soigneusement les espaces et Iq pression de l'air comprimé, d'assurer. une étanchéité ayant un débit d'air compri mé prédéterminé. II y a lieu d'indiquer que bien que le dispositif, auquel la des cription se rapporte, ne présente qu'une étanchéité de face, la spécification n'est en aucune manière restreinte à ce type d'étanchéité. Ce genre d'étanchéité pour rait également être utilisé afin d'assurer l'étanchéité de la périphérie exterieure d'une pièce rotative telle qu'un disque ou un arbre. Pour ce type de dispositif, soit la première série de doigts 20a, 20b, 20c, ou 20d ou la seconde série 25a, 25b ou 25c, peut être disposée sur la périphérie de l'arbre à rendre étanche et l'autre série de doigts peut être fixée sur une autre pièce ayant un diamètre inter ne de taille convenable. y REVENDICATIONS 1. Dispositif d'étanchéité pour assurer l'étanchéité entre deux pièces en rotation relative à l'intérieur d'un moteur à turbine à gaz comprenant une première partie portant un certain nombre de doigts et une seconde partie comportant une seconde série de doigts, caractérisé en ce que les doigts des deux parties sont en trecroisés. 2. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux séries de doigts sont annulaires et relativement rotatives l'une par rapport à l'autre. 3. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une première série de doigts et une deuxième série de doigts qui se trouvent intercalés de telle manière qu'une cavité fermée se trouve formée entre chaque paire de chacune des séries. 4. Dispositif d'étanchéité selon l'une des revendications 1 ou 3, caractérisé en ce qu'il comporte deux séries de doigts disposées de telle sorte que le total des surfaces des espaces prévus entre les deux séries de doigts reste constant lorsqu'une série de doigts se déplace par rapport à l'autre série. 5. Dispositif d'étanchéité selon l'une des revendications 1, 3 ou 4 caractérisé en ce qu'il comporte une première série et une deuxième série de doigts ayant des projections axiales. disposées sur les faces en contact des membres annulaires. 6. Dispositif d'étanchéité selon l'une des revendications 1, 3, 4 ou 5, caractérisé en ce qu' il comporte une première série de doigts disposés de manière à être projetés radialement à l'extérieur à partir de la périphérie du premier anneau d'étanchéité et une seconde série de doigts disposés de manière à être projetés radialement vers l'intérieur à partir dû diamètre interne du, second anneau d'étanchélité.