Brevet FR2527261A1 — publié le 19831125

La présente invention se rapporte à un dispositif d'étanchéité pour turbomnachin Res, comprenant deux garnitures d'étanchéité juxtaposées dont au moins une est réalisée sous la forme d'un segment d'étanchéité de piston, la chambre délimitée entre ces garnitures d'étanchéité étant alimentée en un gaz de blocage et pouvant être purgée par des orifices ou canaux de décharge de section réglable. De tels dispositifs d'étanchéité sont destinés à empêcher la perte de lubrifiant par les zones de portée du turbocompresseur, ainsi que la pénétration de gaz chauds dans ces zones de portée. Pour maintenir le dispositif d'étanchéité apte à fonctionner dans toutes les conditions de service dans les- quelles règnent des pressions de gaz variant fortement, le modèle d'utilité DE-1 629 297 a proposé de régler, au moyen de canaux de décharge à section réglablela pression régnant dans la chambre située entre les segments de piston et rece- vant du gaz de blocage, de façon à obtenir approximativement un équilibre de pression des deux côtés d'un segment de piston, et à éviter ainsi dans une large mesure une fuite. L'inconvénient réside alors dans la complexité de l'agencement pour modifier la section des canaux de décharge, ainsi que du dispositif de réglage qui doit régler, en fonction des conditions de fonctionnement, la grandeur de la section de décharge et donc la valeur de la pression du gaz de blocage. L'invention a donc pour objet de proposer un disposi- tif simple pour faire varier la section des canaux de décharge. Selon les caractéristiques essentielles du dispositif de l'invention, les embouchures des canaux de décharge dans la chambre à gaz de blocage peuvent être obturées par le seg- ment de piston et, par un déplacement axial de ce segment de piston, la section efficace desdits canaux de décharge permettant la purge de ladite chambre à gaz de blocage peut être modifiée. Ces caractéristiques permettent de réaliser un dispo- sitif de blocage des canaux de décharge qui est simple et qui peut être fabriqué sans grande complexité supplémentaire. La variation de la section a lieu en fonction des pressions régnantes, ce qui permet de se dispenser du dispositif de réglage prévu à cet effet Du fait que, dans ces conditions, il se produit approximativement un équilibre de pression des deux côtés du segment de piston dans chaque état de fonction- nement, l'usure existant entre ledit segment de piston et. les flancs de la gorge ménagée dans l'arbre est limitée et l'on obtient un étanchement fiable. Au stade de la fabrication, de grandes tolérances peuvent être admises pour la position des canaux de décharge dans le carter ou bien des gorges ménagées dans l'arbre, du fait que le déplacement axial du segment de piston pour faire varier les sections de décharge est rendu possible par une usure des surfaces de contact du segment de piston et du flanc de la gorge, et que ce déplacement axial est achevé lorsqu'il s'établit un équilibre de pression de part et d'autre dudit segment de piston. L'invention va à présent être décrite plus en détails en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel la figure unique est une coupe longi- tudinale fragmentaire d'un turbocompresseur à gaz d'échappement équipé du dispositif de l'invention. Sur cette figure, une roue 11 de turbine est assujet- tie à un arbre 12 du turbocompresseur à gaz d'échappement. Cet arbre 12 est ajusté dans des paliers 13 par rapport à un carter 14 Un moyen d'étanchéité comprenant des segments et 16 de piston est monté dans la zone de passage de l'arbre 12 dans le carter 14 Entre les segments 15 et 16 de piston, se trouve une chambre 17 à gaz de blocage qui, par l'intermédiaire d'un conduit 18 et d'un étranglement 19, est alimentée en gaz de blocage provenant par exemple du côté compresseur Des canaux de décharge 20 partent de cette chambre 17 et rejoignent une chambre 21 qui est reliée à l'atmosphère. Les segments 15 et 16 sont guidés axialement dans des gorges de l'arbre 12 Ils sont coincés radialement dans un alésage 22 du carter 14, ce qui empêche leur entraînement lorsque l'arbre 12 tourne. Pour éviter la pénétration, dans les paliers 13, des gaz d'échappement provenant du côté turbine, empruntant un intervalle 24 et passant en regard des segments 15 et 16, il doit obligatoirement régner dans la chambre à gaz de blocage une pression de gaz de blocage qui est supérieure à la pression des gaz d'échappement Cette pression du gaz de blocage agit sur les deux segments 15 et 16 de piston et elle a tendance à déplacer le segment 15 vers le palier 13 et à déplacer axialement le segment 16 en direction de la roue 11 de turbine. Pour éviter une usure ainsi provoquée entre le segment immobile et un flanc correspondant 25 de la gorge de l'arbre, ledit segment 15 prend appui par un épaulement 23 dans l'alésage 22 du carter 14. La poussée axiale résultant de la pression du gaz de blocage et agissant sur le segment 16 de piston est partiellement contrebalancée par la poussée axiale agissant en sens inverse et provoquée par la pression des gaz d'échap- pement Il existe cependant des conditions de fonctionnement dans lesquelles la pression des gaz d'échappement est forte- ment réduite, voire même a disparu complètement (par exemple lorsque le turbocompresseur à gaz d'échappement est mis à l'arrêt), alors que la pression du gaz de blocage continue de s'exercer. En théorie, le segment 16 de piston pourrait lui aussi prendre appui, à l'encontre de la pression du gaz de blocage dans la chambre 17, contre un épaulement correspondant dans l'alésage 22 Cela provoque cependant des difficultés de construction, ainsi que des complications pour le montage et le démontage du turbocompressnur à gaz d'échappement. C'est pourquoi, pour accroître la résistance du segment de piston s'opposant à un déplacement axial, la largeur de ce segment a été choisie plus grande, ce qui augmente pour ce segment la force de poussée radiale dans l'alésage 22 En outre, cette largeur plus grande autorise une plus grande usure axiale admissible dudit segment de piston. Le segment 16 de piston est tout d'abord disposé de telle manière qu'il obture les embouchures des canaux de décharge 20 dans la chambre 17 Par conséquent, il se déve- loppe dans cette chambre 17 une grande pression de gaz de blocage qui excède la pression des gaz régnant dans l'inter- valle 24 du côté de la roue de la turbine, et empêche ainsi les gaz d'échappement de pénétrer dans le palier 13. Lorsque la pression des gaz d'échappement décroît de la manière susdécrite, le segment 16 est pressé contre un flanc 26 de la gorge de l'arbre qui lui est associée, lors- que la force axiale provoquée par la-pression du gaz de blocage et agissant sur ledit segment surmonte le frottement qui se produit dans l'alésage 22 et qui est engendré par la force de poussée radiale dudit segment Ce dernier se déplace axialement en direction de la roue de la turbinedu fait de l'usure qui se produit alors sur ce segment 16 et/ou sur le flanc 26 de la gorge Les canaux de décharge 20 s'ouvrent ainsi progressivement, ce qui entraîne une baisse de la pression du gaz de blocage, jusqu'à ce que l'usure soit enfin stoppée et/ou réparée. Si, lorsque la presion des gaz d'échappement réapparaît, cette dernière s'avère considérablement supérieure à la pression du gaz de blocage commandée à la baisse, le segment 16 de piston est de nouveau déplacé à l'écart de la roue 11 de turbine jusqu'à ce que, par une obturation des canaux de décharge 20, la pression du gaz de blocage augmente jusqu'à atteindre approximativement un équilibre par rapport à la pression des gaz d'échappement. Grâce à l'équilibre approximatif de pression qui s'établit ainsi automatiquement dans toutes les conditions de fonctionnement de part et d'autre du segment de piston, on obtient un étanchement fiable et l'on évite toute usure ultérieure après le rodage. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Dispositif d'étanchéité pour turbomachirie, comprenant deux garnitures d'étanchéité juxtaposéesdont au moins une est réalisée sous la forme d'un segment d'étanchéité de piston, la chambre délimitée entre ces garnitures d'étan- chéité étant alimentée en un gaz de blocage et pouvant être purgée par des orifices ou canaux de décharge de section réglable, dispositif caractérisé par le fait que les embou- chures des canaux de décharge ( 20) dans la chambre ( 17) à gaz de blocage peuvent être obturées par le segment ( 16) de piston>et, par un déplacement axial de ce segment ( 16) de piston, la section efficace desdits canaux de décharge ( 20) permettant de purger ladite chambre ( 17) à gaz de blocage peut être modifiée. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le déplacement axial du segment ( 16) de piston pour faire varier les sections de décharge est rendu possible par une usure des surfaces de contact du segment ( 16) de piston et du flanc ( 26) de la gorge, ce déplacement axial s'achevant lorsqu'il s'établit un équilibre de pression des deux côtés dudit segment ( 16) de piston.