Brevet FR2477226A1 — publié le 19810904

La présente invention concerne les joints étanches pour moteurs à turbine à gaz, et en particulier les joints annulaires entre parties constitutives, réci- proquement rotatives, d'un moteur à turbine à gaz Pour assurer-le fonctionnement efficace d'un moteur à turbine à gaz, il est indispensable de prévoir des joints étanches aux gaz entre les parties constitu- tives, rotatives les unes par rapport aux autres, d'un tel moteur. Comme de tels joints doivent fonc- tionner dans des conditions de température et de pression élevées, ils doivent être capables de résis- ter à de telles conditions pendant des périodes de Temps prolongées sans défaillir ni perdre de leur efficacité. Dans le passé, on a proposé plusieurs genres de joints mais chacun d'eux présentait des inconvénients. les joints à friction,par exemple, bien que donnant une bonne étanchéité aux faibles vitesses, ne conviennent pas aux vitesses élevées atteintes dans les moteurs à turbine à gaz car, à de telles vitesses, ils s'é- chauffent jusqu'à entraîner quelquefois leur propre destruction. Une autre solution consiste à pourvoir un des éléments du joint d'une couche de matière érodable qui sera désagrégée par le frottement de l'autre élément, mais il peut arriver qu'au contact entre les éléments du joint la quantité de matière érodable éliminée soit trop grande et que l'inter- valle (ou entrefer) à étanchéiser finisse par s'a- grandir et par entraîner une baisse de rendement du joint Le brevet britannique 1.450.553 propose une autre solution au problème de l'étanchéité. Ce brevet dé- crit un élément de joint ayant la forme d'une plura- lité de fils métalliques serrés (ou sertis) à une de leurs extrémités de façon que leurs extrémités libres prennent contact avec un second élément en forme de surface annulaire lisse. Bien que ces éléments de joint donnent une étanchéité efficace, ils sont quel- quefois impropres à l'emploi dans des espaces res- treints et,comme les fils sont sertis ensemble, le volume de l'élément sertisseur pourra, dans un espace restreint, occuper une grande partie de l'intervalle à étanchéiser. Ceci entraine la nécessité de réduire la longueur des fils libres et, par voie de consé- quence, une dégradation de l'efficacité de leur étan- chéité La présente invention a pour objet de réaliser un élément de joint étanche éliminant substantiellement les inconvénients précités et pouvant s'employer dans des espaces restreints. Conformément à la présente invention, un moteur à turbine à gaz est pourvu d'un joint d'étanchéité approprié à établir un joint étanche aux gaz entre une première et une seconde parties constitutives annulaires, rotatives l'une par rapport à l'autre, d'un moteur à turbine à gaz, ledit joint d'étanchéité comprenant un élément annulaire fixé à la première partie constitutive et consistant en une étoffe tis- sée comportant des fils métalliques de chaîne, des fils métalliques de trame et des fils métalliques de chalne-poil, les extrémités libres des fils de chalne-poil n'étant pas bouclées, ledit élément annu- laire de joint étant fixé à la première partie cons- titutive du moteur de façon que les extrémités libres, non bouclées, du fil métallique de chalne-poil tou- chent la seconde partie constitutive du moteur de fa- çon à réaliser un joint étanche L'élément annulaire de joint pourra être fixé, par brasage, à la première partie constitutive du moteur De préférence, les fils métalliques constituant la- dite étoffe tissée auront la forme d'un fil légère- ment retordu Le fil légèrement retordu de chaque chalne, trame, ou chalnepoil pourra comporter jusqu'à huit fils métalliques L'élément annulaire de joint pourra être réalisé par tissage d'une pluralité de fils en alliage à base de nickel Selon une autre solution, l'élément annulaire de joint pourra être réalisé par tissage d'une pluralité de fils d'acier inoxydable De préférence, les fils de chalne-poil seront tous. inclinés dans le même sens en direction de la pre- mière partie constitutive du moteur. Selon un autre aspect de l'invention, un procédé de fabrication d'un élément de joint et de fixation de cet élément à une surface annulaire d'une partie constitutive de moteur à turbine à gaz consistera à tisser une étoffe comportant des fils métalliques de chatne, des fils métalliques de trame et des fils métalliques de chalne-poil, les extrémités libres desdits fils de chaîne-poil n'étant pas bouclées, et une partie au moins des fils métalliques de chaîne et de trame étant faits d'un alliage de brasure, à appliquer cette étoffe à ladite surface annulaire de partie constitutive de moteur à turbine à gaz de fa- çon que les fils de chaîne et de trame soient conti- gus à ladite surface, et à chauffer ladite étoffe pour fondre l'alliage de brasure et lier cette étoffe à ladite surface de partie constitutive de moteur. De préférence, l'étoffe sera immobilisée sur ladite surface annulaire, pendant le brasage, au moyen d'or- ganes appropriés à incliner les fils de chaine-poil en direction de ladite surface annulaire, tous ces fils étant inclinés dans la même direction, et la quantité d'alliage de brasure étant suffisante pour retenir, après brasage, les fils de chalne-poil dans ladite position inclinée L'invention est décrite ci-après en détail en se ré- férant à quelques exemples préférés, non limitatifs, de réalisation représentés sur les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue de coté, en coupe, d'une partie de la turbine d'un moteur à turbine à gaz conforme à i'invention - la figure 2 est un schéma représentatif d'un pre- mier mode de fabrication des éléments de joint re- présentés sur la figure 1; - la figure 3 est une coupe transversale selon la ligne A-A de la figure 1; et - la figure 4 est un schéma représentatif d'un second mode de fabrication des éléments de joint représen- tés sur la figure 1. La figure 1 montre la turbine à flux axial 10 d' un moteur à turbine à gaz (non représenté); cette tur- bine comporte plusieurs couronnes d'aubes, alternati- vement fixes et mobiles, placées dans un passage an- nuraire 11 parcouru par les gaz. Les aubes fixes, dont deux, 12 et 13, sont représentées en partie, enjambent l'intervalle séparant la paroi radialement interne 14 et la paroi radialement externe 15 du pas- sage de gaz 11. Les aubes mobiles, dont l'une, 16, est représentée, sont montées sur des disques rota- tifs appropriés à entraîner le compresseur du moteur à turbine à gaz par un arbre non représenté. Le disque 17, sur lequel est montée l'aube mobile 16 ainsi qu'une pluralité d'aubes semblables (non repré- sentées), comporte deux flasques annulaires 18 et 19 s'étendant axialement dans des directions opposées Ces flasques 18 et 19 coopèrent avec des parties an- nulaires, respectivement 20 et 21, du stator de la turbine 10 pour définir des entrefers 22 et 23 obtu- rés par des éléments annulaires de joints d'étanché- ité 24 et 25. Chacun des éléments de joint 24 et 25 est fait d'une étoffe tissée avec. des fils métalliques - Ces fils métalliques se présentent sous la forme d'un filé et sont tissés en une étoffe ayant la forme générale d'un velours. Comme on le voit sur la figure 2, cet- te étoffe 27 comprend des fils métalliques de chaîne 28, des fils métalliques de trame 29, et des fils métalliques de chaine-poil 30. L'étoffe 27 est tis- sée à la manière d'un velours mais, comme elle est faite de fils métalliques, l'expérience a révélé qu'au lieu de couper les fils de chalne-poil bouclés comme on le fait avec des velours en matières textiles usuelles, il était plus commode d'éroder, avec un outil abrasif par exemple, les boucles de la chalne-poil 30 depuis le haut jusqu'au niveau du trait interrompu 31, après enlèvement des fils 32 qui supportaient l'es extrémités libres des boucles de chaîne-poil 30 Après tissage et élimination des extrémités bouclées des fils de chafne-poil 30, l'étoffe 27 est fixée aux parties annulaires 20 et 21 du stator de la tur- bine, cette fixation se faisant par brasage ou par tout autre procédé adéquat le brasage pourra s'ef- fectuer de diverses façons: on pourra, par exemple, interposer un ruban d'alliage de brasure entre les fils de chatne 28 et de trame 29 de l'étoffe 27 et les parties 20 et 21 du stator de la turbine, l'ap- plication de chaleur faisant fondre l'alliage de bra- sure et liant l'étoffe à ces parties 20 et 21. Un autre procédé, d'ailleurs préféré, consiste à in- corporer à l'étoffe tissée 27 quelques fils métalli- ques de chaîne 28 et de trame 29 au moins, faits d'un alliage de brasure. On place ensuite l'étoffe 27 sur les parties 20 et 21 du stator de façon que les fils de chaîne 28 et de trame 29 soient contigus aux- dites parties 20 et 21 et l'on applique la chaleur pour fondre l'alliage de brasure et lier l'étoffe 27 auxdites parties 20 et 21 du stator. L'avantage de ce second procédé est de permettre un réglage précis de la quantité d'alliage de brasure destinée à assu- rer la liaison et d'éviter qu'un excès d'alliage fon- du ne s'introduise dans la chaîne-poil 30 par capil- larité. Les inventeurs ont constaté que, pour maintenir l'é- toffe 27 en place sur les parties 20 et 21 du stator pendant le brasage, il était préférable d'utiliser un mandrin tronconique de forme appropriée, car un tel organe, outre qu'il maintient l'étoffe 27 bien en place, permet de régler l'angle d'inclinaison des fils de chaîne-poil 30 sur les parties 20 et 21 du stator. C'est ainsi que les inventeurs ont constaté qu'il était souhaitable de placer le mandrin de façon que, pendant le brasage, les fils soient inclinés d'un angle allant jusqu'à 302 sur les parties 20 et 21 du stator dans le sens de rotation des flasques 18 et 19. Une fois refroidi, l'alliage de brasure immobilise les fils de chalne-poil 30 dans cette position. Cette inclinaison des fils de chaîne-poil compense l'usure du joint au cours du fonctionnement et ga- rantit le contact de tous les fils de chalne-poil 30 avec leurs flasques respectifs 18 et 19. L'inclinai- son des fils de chalne-poil apparaît sur la figure 3 o la flèche B indique le sens de rotation du disque 17. D'autres procédés classiques pourront être employés pour tisser l'étoffe 27, tels que le tissage "double- pièce" représenté à la figure 4 dans lequel l'étoffe double 27a comporte deux nappes faites chacune de fils de chaîne 28a et de fils de trame 29a, jointes par une série unique de fils de chalne-poil 30a. Après tissage, les deux nappes sont séparées en dé- coupant la chalne-poil 30a selon le trait interrompu 31a. Un autre procédé consistera à éliminer, par abrasion, l'une des nappes de façon à laisser appa- raltre les fils de. chalne-poil 30a. Comme on l'a déjà dit, les éléments de joints 24 et sont liés aux surfaces annulaires des parties 20 et 21 du stator de la turbine en sorte qu'ils pren- nent eux-mêmes une forme annulaire semblable. Ils sont montés sur lesdites parties 20 et 21 de façon que les fils de chafne-poil 30 enjambent les entre- fers 22 et 23 et prennent contact, par leurs extré- mités libres, avec les surfaces annulaires des flas- ques 18 et 19 du disque 17 À Les fils poils 30 for- mernt ainsi des joints étanches aux gaz entre les parties 20 et 21 du stator de turbine et le disque 17, et les gaz parcourant le passage 11 pendant le fonctionnement du moteur ne peuventdonc pas passer dans les zones radialement plus intérieures de la turbine 10 o ils diminueraient son rendement. On sait que les gaz parcourant le passage 11 sont à une température élevée et qu'en conséquence les fils métalliques constituant l'étoffe 27 doivent être faits d'un alliage possédant une résistance adéquate à latempérature. C'est ainsi que, en raison de la température ambiante dans laquelle ils doivent tra- vailler, les fils constituant la chalne 28, la trame 29 et la chaTne-poil 30 pourront être faits d'un al- liage à base de nickel tel que le "Nimonia 90" ou d'un acier inoxydable. Les gaz parcourant le passage 11 ne sont pas seule- ment à une température élevée mais également à une pression élevée. Une étoffe 27, capable de satis- faire à ces conditions, sera faite d'un fil légère- ment retordu en filaments d'acier inoxydable, chaque fil retordu comportant huit filaments d'acier inoxy- dable de 0,035 mm d'épaisseur. Une telle étoffe as- sure un joint étanche aux gaz dans un entrefer de 3,175 mm de large. Mais on comprendra que les élé- ments de joints selon la présente invention pourront être faits de filaments d'autres diamètres selon le cas d'application particulier envisagé pour l'élément et que les dimensions des fils-poil pourront être établies de façon à assurer l'étanchéité d'entrefers d'autres largeurs. Il ressort de la description qui précède que les éléments de joints selon l'invention sont particu- lièrement avantageux sur des turbines à gaz de di- mensions compactes du fait que, comme aucun organe de serrage ou de sertissage n'est requis pour main- tenir les fils-poil, ces éléments de joints peuvent se placer dans des entrefers comparativement étroits. REVENDICAIIONS 1. Moteur à turbine à gaz équipé d'un joint étanche aux gaz entre une première et une seconde parties constitutives annulaires, rotatives l'une par rap- port à l'autre, dudit moteur à turbine à gaz, le- dit joint étanche comprenant un élément annulaire comportant des fils métalliques à extrémités libres non bouclées, ledit élément annulaire étant fixé à ladite première partie constitutive du moteur de façon que lesdites extrémités libres desdits fils établissent un contact étanche avec ladite seconde partie constitutive, caractérisé en ce que lesdits fils métalliques comprennent les fils mé- talliques de chaîne-poil (30) d'une étoffe tissée (27) renfermant en outre des fils métalliques de chaîne (28) et des fils métalliques de trame (29) pour constituer ledit élément annulaire de joint (24). 2. Moteur à turbine à gaz selon la Revendication 1, caractérisé en ce que lesdits fils métalliques (28, 29, 30) constituant ladite étoffe (27) ont la forme d'un filé légèrement retordu 3. Moteur à turbine à gaz selon la Revendication 2, caractérisé en ce que le filé légèrement retordu de chacune desdites chaîne (28), trame (29), et chalne-poil (30) est fait de huit filaments mé- talliques. 4. Moteur à turbine à gaz selon une quelconque des Revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit élément annulaire de joint (24) est fixé à ladite première partie constitutive (20) du moteur par brasage 5. Moteur à turbine à gaz selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit élément annulaire de joint (24) est réalisé par tissage d'une pluralité de fils en alliage à base de nickel. 6. Moteur à turbine à gaz selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit élément annulaire de joint (24) est réalisé par tissage d'une pluralité de fils d'acier inoxy- dable. 7. Moteur à turbine à gaz selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caractérisé en ce que lesdits fils de chalne-poil (30) sont tous inclinés sur ladite première partie constitutive (20) du moteur 8. Procédé de fabrication d'un élément de joint et de fixation de cet élément à une surface annulaire d'un moteur à turbine à gaz, caractérisé en ce qu'il consiste à tisser une étoffe (27) comportant des fils métalliques de chaîne (28), des fils mé- talliques de trame (29), et des fils métalliques de chalne-poil (30), les extrémités libres desdits fils de chaîne-poil (30) n'étant pas bouclées, et - 12 une partie au moins des fils métalliques de chaine et de trame (28, 29) étant faits d'un alliage de brasure, à appliquer cette étoffe (27) à ladite surface annulaire de partie constitutive (20) de moteur à turbine à gaz de façon que les fils de chaîne et de trame (28, 29) soient contigus à la- dite surface (20), et à chauffer ladite étoffe (27) pour fondre l'alliage de brasure et lier cette étoffe (27) à ladite surface de partie constitu- tive de moteur (20) 9. Procédé de fabrication d'un élément de joint se- lon la Revendication 8, caractérisé en ce que l'étoffe (27) est immobilisée sur ladite surface annulaire, pendant le brasage, au moyen d'organes appropriés à incliner les fils de chalne-poil (30) en direction de ladite surface annulaire, tous ces fils (30) étant inclinés dans la même direction, et la quantité d'alliage de brasure étant suffi- sante pour retenir, après brasage, les fils de chalne-poil -(30) dans ladite position inclinée