Brevet FR2483556A1 — publié le 19811204

La présente invention concerne des joints d'étan.g chéité de même type que les segments de piston, placés entre des éléments entre lesquels il n'y a pas de rota- tion relative. Elle embrasse à la fois un élément d'étan- chéité et un ensemble étanche comportant cet élément. Un segment de piston est en contact avec des sur- faces d'un élément d'étanchéité adjacent à la fois par sa périphérie et par une de ses faces planes. Par suite de tolérances de fabrication, de déformations ou de l'usure, les surfaces en contact s'ovalisent ou des mouvements re- latifs peuvent, en cours de fonctionnement, se produire entre les éléments et, dans l'un et l'autre cas, il peut en résulter la formation de passages par lesquels le flui- de fuit en contournant le joint. L'invention remédie à cet inconvénient en réali- sant un élément d'étanchéité dans lequel une masse de poils élastiques étroitement serrés les uns contre les au- tres est intercalée entre une zone de la surface du seg- ment de piston et une bague supplémentaire de façon à pou- voir saillir dans tous les espaces qui peuvent se former entre le segment et la surface avec laquelle il doit être en contact étanche. Par ce moyen, les poils peuvent maintenir l'étanché- ité, même lorsqu'une zone de la surface du segment cesse d' être en contact avec la surface avec laquelle elle coopère pour empêcher un fluide de passer. L'ensemble étanche selon l'invention comprend deux éléments entre lesquels il n'y a pas de rotation relative, un segment fendu monté sur un des éléments et dimensionné de façon à venir en contact, le long d'une circonférence, avec une surface de l'autre élément, avec laquelle il co- opère pour assurer l'étanchéité, une masse annulaire de poils élastiques étroitement serrés les uns contre les autres, intercalée entre le segment de piston et une se- conde bague, les dits poils formant un angle Avec la di- rection radiale et étant dimensionnés de façon à rester à l'intérieur de la circonférence précitée du segment lors- que celui-ci est en contact avec la surface correspondante le long de cette circonférence, et à saillir hors de cette circonférence pour venir en contact avec la dite surface correspondante lorsque le segment cesse de l'être. Dans une forme d'exécution préférée, le segment est maintenu dans un profil en U de l'élément sur lequel il est monté et les poils saillent aussi au-delà de l'au- tre circonférence du segment, en formant un angle avec la direction radiale, pour venir en contact avec la base du profil en U et assurer l'étanchéité entre le segment et cette base. Dans cette forme d'exécution, les poils qui saillent au-delà d'une des circonférences sont de préfé- rence inclinés sur la direction radiale en sens inverse de ceux qui dépassent de l'autre circonférence. La seconde bague peut aussi faire fonction de seg- ment de piston et venir toucher la face de contact étanche de l'autre élément. Le joint d'étanchéité selon l'invention, destiné à être placé entre deux éléments entre lesquels il n'y a pas de rotation relative, comporte un segment fendu apte à ê- tre monté sur un des éléments et dimensionné de façon à ve- nir en contact, le long d'une circonférence, avec une sur- face de l'autre élément, avec laquelle il coopère pour as- surer l'étanchéité, une masse annulaire de poils élastiques étroitement serrés les uns contre les autres, intercalée entre le segment et une seconde bague, les dits poils for- mant un angle avec la direction radiale et étant dimension- nés de façon à saillir hors de la dite circonférence lors- qu'ils sont libres, mais à rester à l'intérieur de celle- ci lorsque le segment est en contact avec la dite surface de l'autre élément. De toute façon, l'invention sera bien comprise à 1' aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé, représentant, à titre d'exemple non li- mitatif, une forme d'exécution de cet ensemble étanche: Fig. 1 est une vue de côté d'une partie de turbine à gaz montrant un exemple d'ensemble étanche selon l'in- vention; Fîg. 2 est une vue de côté écorchée d'un joint se- lon l'invention; Fig. 3 est une vue en coupe de l'ensemble étanche de fig. 1; Fig. 4 est une vue en coupe du joint d'étanchéité de fig. 2. La figure 1 montre un exemple typique d'une partie de turbine à gaz o des joints d'étanchéité statiques sont nécessaires entre deux éléments entre lesquels il n'y a pas de rotation relative. Les deux éléments sont des éléments de carter 1 et 2, o il est nécessaire de prévoir une jointure qui per- met des mouvements relatifs entre les éléments, tout en empêchant les fuites de fluide de travail à la jonction Les mouvements relatifs en question peuvent être occasion- nés par les différences de dilatation thermique entre les éléments, des vibrations ou même par des pressions de gaz dans la turbine. Un joint d'étanchéité 2 est monté à l'in- térieur d'un profil en U 4 formé sur l'élément 2 et il co- opère avec une surface de contact étanche 5 sur l'élément 1. Le joint d'étanchéité proprement dit est représenté plus en détail aux figures 2, 3 et 4, dans lesquelles on peut voir qu'il est constitué par un segment de piston 12, qui a pour fonction de venir en contact étanche avec la surface 5 par sa face périphérique et avec un flanc 16 du profil en U par une de ses faces planes. La circonférence que décrit la face périphérique du segment est dimension- née de façon à établir un contact linéaire avec la surface adjacente de l'élément 1. Une seconde bague 14 est prévue à côté-du segment 12 et une masse de poils élastiques 18 étroitement serrés les uns contre les autres est intercalée entre les deux bagues. Les poils sont dimensionnés de façon à dépasser des deux circonférences, l'une extérieure et l'autre inté- rieure, qui délimitent le segment 12, lorsqu'ils sont li- bres, mais ils sont disposés suivant un certain angle par rapport à la direction radiale, de sorte qu'ils peuvent se courber vers l'intérieur lorsque le segment est posi- tionné. Comme les segments de piston traditionnels, le joint d'étanchéité selon l'invention est fendu pour pou- voir être comprimé lorsqu'il est en position de travail, son élasticité propre maintenant alors sa face périphéri- que en contact avec la face de contact étanche adjacente pour empêcher le fluide de s'écouler en contournant cette face périphérique. L'autre zone de contact étanche est formée par la face plane du segment tournée vers le côté basse pression, que la pression du fluide maintient ap- pliquée contre le flanc 16 du profil en U 4. Dans la forme d'exécution représentée, les poils qui se trouvent vers la circonférence extérieure du seg- ment sont disposés de façon qu'à l'état libre ils saillent juste assez pour compenser une ovalisation éventuelle en- tre le segment et la surface avec laquelle celui-ci coopè- re. Lorsque le segment cesse d'être en contact avec cette surface, l'élasticité propre des poils leur permet de se détendre pour venir toucher la dite surface et assurer ainsi l'étanchéité entre elle et le segment. Les poils situés près de la circonférence intérieu- re du segment sont suffisamment longs pour compenser non seulement une ovalisation éventuelle à cet endroit, mais aussi les tolérances de fabrication éventuelles ou les mouvements relatifs dans le sens radial entre les deux é- léments et assurer ainsi l'étanchéité entre le pourtour intérieur du segment et la base du profil en U. On peut voir à la figure 2 que les poils 18 qui dépassent de la circonférence extérieure ont une inclinai- son inverse de celle des poils qui saillent au-delà de la circonférence intérieure. Ceci permet de faire tourner le joint d'étanchéité lors du montage sans détérioration ap- préciable des poils. Un joint de cette sorte serait réali- sé en soudant les poils aux bagues le long d'une ligne re- liant les points d'intersection des poils. La figure 4 montre la zone de la fente 20 du joint d'étanchéité selon l'invention, en illustrant la manière dont le segment et la bague peuvent se chevaucher à l'en- droit de la fente pour diminuer les fuites. La bague 14 peut faire fonction de segment de pis- ton supplémentaire et fournir ainsi une autre ligne de contact entre le joint d'étanchéité et-la surface adjacen- te. Comme variante, cette bague peut avoir une moins gran- de profondeur radiale que le segment 12 et servir seule- ment de support pour les poils. Lorsque le joint d'étanchéité qui vient d'être dé- crit est utilisé sur des turbines à gaz, les poils sont en métal et sont soudés aux bagues ou ne forment avec elles qu'une seule pièce. Toutefois, si l'environnement est moins rude que dans une turbine à gaz, on peut utiliser pour les poils d'autre matériaux, par exemple des matières plasti- ques. 248355 5 - REVENDICATIONS - 1.- Ensemble étanche, comportant deux éléments ad- jacents d'une structure, entre lesquels il n'y a pas de rotation relative et un segment fendu monté sur l'un de ces éléments et dimensionné de façon à venir en contact, le long d'une circonférence, avec une surface de l'autre élément, avec laquelle il coopère pour assurer l'étanchéi- té, caractérisé par une masse annulaire de poils élasti- ques (18) étroitement serrés les uns contre les autres, intercalée entre le segment (12) et une seconde bague (14), les dits poias étant disposés de façon à former un angle avec la direction radiale et dimensionnés de façon à res- ter à l'intérieur de la dite circonférence du segment lors- que ce dernier est en contact avec la surface précitée le long de cette circonférence et à saillir hors de cette cir- conférence pour venir en contact avec la dite surface (5), lorsque le segment cesse de l'être. 2.- Ensemble selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que l'élément (2) sur lequel est monté le segment (12) présente un profil en U (4) pour le montage de ce dernier. 3.- Ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce que les poils (18) saillent radialement vers l'exté- rieur au-delà de la circonférence extérieure du segment (12) dans tout espace libre éventuel qui se forme entre le segment et la surface (5) de l'autre élément (1) et sail- lent aussi vers l'intérieur, au-delà de la circonférence intérieure du segment, pour venir en contact avec la base du profil en U (4). 4.- Ensemble selon la revendication 3, caractérisé en ce que les poils (18) qui saillent au-delà de la circon- férence intérieure du segment sont inclinés par rapport à la direction radiale en sens inverse de celui de l'incli- naison des poils qui saillent au-delà de la circonférence extérieure du segment. 5.- Joint d'étanchéité destiné à être utilisé dans l'ensemble étanche selon la revendication 1, caractérisé 2 48355 5 en ce qu'il est constitué par une bague fendue (12) apte à être montée sur un des éléments de l'ensemble et dont une des circonférences est dimensionnée de façon a venir en contact avec une face prévue sur l'autre élément, avec laquelle il coopère pour assurer l'étanchéité, par une masse annulaire de poils élastiques (18) étroitement serrés les uns contre les autres, intercalée entre la bague fen- due (12) et une autre bague (14), les poils formant un an- gle avec la direction radiale et étant dimensionnés de fa- çon à dépasser de cette circonférence lorsqu'ils sont li- bres, mais à rester à l'intérieur de cette circonférence lorsque la bague fendue (12) est en contact avec la dite surface (5) de l'autre élément (1).