Brevet FR2545537A1 — publié le 19841109

Turbocompresseur muni d'une garniture de rodage. L'invention a pour objet un turbocompresseur comportant un rotor, un stator et un carter, une garniture de rodage étant prévue entre les aubes du rotor et le carter ou entre les au- bes du stator et le rotor, les aubes creusant la garniture lors de la première mise en contact et réalisant-un jeu minimal. L'intervalle entre les extrémités des aubes du rotor et le carter ou entre les extrémités des aubes du stator et le rotor a une importance décisive pour b rendement et le compor- tement en service d'un turbocompresseur Cet intervalle doit être le plus faible possible Celà est habituellement obtenu au moyen de garnitures dites de rodage que les aubes creusent lors de la première mise en contact et qui réalisent ainsi un jeu minimal Mais pour celà, les garnitures doivent remplir certaines conditions: En premier lieu, les extrémités des aubes ne doivent pas subir une usure trop grande et inadmissible Il faut en outre, éviter que les aubes soient surchauffées dans leur ensemble lors du rodage et que, dans le cas d'aubes en titane, il se produise "un feu de titane". Il faut en outre, lors du processus de frottement ou de rodage, qu'il n'y ait pas de sollicitation exagérée de la ma- tière de Ja couche en raison de l'excitation des vibrations. Pour éviter le "graissage", il faut empêcher l'accumulation de la matière aussi bien sur la surface de frottement de la garni- ture que sur les extrémités des aubes Les produits d'abrasion ne doivent pas provoquer d'érosion dans les étages situés en arrière et ne doivent pas former des couches de revêtement in- acceptables Il ne faut pas qu'il soit porté atteinte aux élé- ments chauds du groupe turbocompresseur, notamment à la cham- bre de combustion et aux aubes de la turbine, c'est-à-dire qu'il ne faut pas que la matière provenant de l'usure de la 2 2545537 1 garniture entre en réaction avec la matière de base ou provo- que l'obstruction de perçages d'air de refroidissement. En raison du prélèvement d'air pour les cabines, les pro- duits d'abrasion toxiques doivent être évités dans tous les cas. De plus, les garnitures doivent remplir les conditions d'une résistance suffisante à l'érosion et à la corrosion. Elles doivent en outre, être suffisamment résistantes à l'o- xydation et être réfractaires Enfin, il doit être possible d'éliminer en faibles proportions la garniture de rodage lors de la révision et /ou de la réparation d'un groupe. Les garnitures de friction et d'abrasion actuellement usuelles pour les températures élevées (jusquà 450 'C environ) sont constituées par des garnitures injectées en nickel=gra- phite Elles ne sont pas suffisamment résistantes à l'érosion et à l'oxydation pour les étages arrière (chauds) des compres- seurs Les produits d'abrasion de ces garnitures provoquent l'obturation des perçages d'air de refroidissement des parties chaudes et peuvent entraîner des dégâts résultants étendus par surchauffe En outre, l'oxyde de nickel formé est toxique. L'invention a pour but de créer un turbocompresseur muni d'une garniture de rodage du type indiqué dans le préambule, ce turbocompresseur évitant dans une large mesure les incon- vénients mentionnés précédemment et excluant notamment, avec sécurité en pratique, les dégâts dus au processus de rodage. A cet effet, l'invention concerne un turbocompresseur du type ci-dessus caractéiisé en ce'que la garniture de rodage est constituée par une première couche de graphite renforcée par des fibres de carbone daxrla zone de fixation de la gar- niture sur le carter ou sur le rotor ainsi que par une seconde couche de graphite dans la zone de frottement des extrémités des aubes. Suivant un mode de réalisation, la première couche de graphite et la seconde couche de graphite sont intégrées ou liées entre elles de façon homogène. 1 La garniture de rodage présente de préférence une for- me en segments ou une forme annulaire. Il est judicieux que la seconde couche de graphite com- porte un renforcement en fibres de graphite en forme de balai avec des fibres dirigées radialement, ou qu'elle soit remplacée par un renforcement en fibres. L'épaisseur de la seconde couche de graphite est de préférence égale à 1 mm environ. Pour assurer la fixation de la garniture de rodage, on dispose notamment en liaison géométrique, la première couche de graphite dans une structure métallique annulaire solidairedu carter, la liaison ayant lieu, par exemple, à la manière d'un assemblage à queue d'aronde. En variante, la première couche de graphite peut être liée dans la structure métallique annulaire solidaire du car- ter, de façon rigide par liaison de la matière, notamment par collage. Par conséquent, l'invention met à disposition une gar- niture de rodage pour turbocompresseur, qui ne comporte pas dans la zone frottement de renforcement en fibres gênant le processus d'abrasion; cela est obtenu par la disposition d'une seconde couche en graphite non renforcée dans cette zone. La seconde couche de graphite peut comporter un ren- forcement en fibres de graphite en forme de balai s'étendant de préférence en direction radiale, ce renforcement n'étant pas gênant lors du processus de rodage Dans le cas mention- né en dernier lieu, on peut aussi supprimer complètement la seconde couche de graphite dans la garniture de rodage: la garniture de rodage est alors constituée par la première couche de graphite mentionnée précédemment, disposée dans la zone de fixation de la garniture avec des fibres de ren- forcement en graphite s'étendant radialement à la manière d'un balai Les deux matières mentionnées précédemment sont du même type (renforcées par des fibres de carbone). La garniture de rodage suivant l'invention présente une résistance mécanique suffisante Les produits d'abrasion brûlent 4 2545537 1 en outre de façon avantageuse sans produire des substances nocives, c'est-à-dire qu'il ne se produit pas de substances toxiques De plus, il n'y a aucun danger d'obturation des éléments chauds et il ne se produit pas de réaction inadmis- sible avec ces éléments chauds Dans le cas des aubes en ti- tane, il y a une protection contre le feu de titane La gar- niture de rodage présente au total un bon comportement de friction et il ne se produit dans l'intervalle formé aux ex- trémités aucune accumulation de matière qui pourrait provo- quer un graissage. La dilatation thermique est faible (jusqu'au voisinage de zéro) L'intervalle est ainsi maintenu dans de bonnes con- ditbns lors des variations de température La garniture de rodage peut être usinée dans de bonnes conditions par enlè- vement de copeaux et présente un faible poids total Un autre avantage est dû à la haute qualité uniforme d'une garniture de rodage donnée sur tout son pourtour Toutes les garnitures de rodage d'un groupe turbocompresseur présentent une telle qualité Il est particulièrement avantageux que lors de la révision ou de la réparation d'un groupe turbocompresseur, on puisse éliminer de façon simple par combustion des garnitures de rodage collées ou assemblées par liaison géométrique. On va maintenant décrire l'invention plus en détail en se référant au dessin annexé. Dans ce dessin, la figure unique est une vue en coupe schématique de la zone d'extrémité des aubes d'un turbocom- presseur conforme à l'invention. En face de l'extrémité 4 des aubes est disposée une garniture de rodage 1 montée par liaison géométrique, à la manière d'un assemblage en queue d'aronde, dans une structure métallique 5 solidaire du carter Dans cet exemple, la struc- ture métallique 5 est agencée avec une forme d'ensemble annu- laire et est constituée par deux moitiés assemblées entre elles par boulonnage Le boulonnage permet la mise en place en liai- son géométrique dela garniture de rodage 1 dans la structure 2545-537 1 métallique 5 lors i l'opération de montage De même, on peut retirer cette garniture de rodage en desserrant les boulons. La garniture de rodage 1 est constituée par une premiè- re couche 2 en graphite renforcée par des fibres de carbone ainsi que par une seconde couche 3 en graphite non renforcé. La première couche de graphite 2 se trouve alors dans la zone de fixation proprement dite proche du carter, tandis que la seconde couche de graphite 3 se trouve dans la zone de frot- tement avec les extrémités 4 des aubes Les deux couches de graphite 2,3 sont intégrées ou assemblées entre elles de fa- çon homogène et présentent une forme en segments ou une for- me annulaire Pour obtenir un eu impeccable et minimal entre les extrémités 4 des aubes et la garniture de rodage 1 voisine, il suffit que la seconde couche de graphite 3 présente une épaisseur de 1 mm environ Lors du processus de rodage, la seconde couche de graphite 3 est en tout cas éliminée par- tiellement par abrasion La première couche de graphite 2 n'est pas endommagée On veille ainsi avec soin à ce que la garniture de rodage présente une résistance mécanique d'ensemble suffi- sante et, en même temps à ce que les produits d'abrasion de la seconde couche de graphite ne provoquent pas de dégâts corres- pondants. La figure représente la mise en place en liaison géo- métrique de la garniture de rodage 1 dansla structure métalli- que 5 La fixation de la garniture sur la structure métallique peut aussi être effectuée par liaison de la matière La garni- ture de rodage peut, par exemple, être collée sur la structure métallique Dans ce cas, lors des travaux de révision requis, la garniture collée est éliminée par combustion. 6 2545537 1 REVENDI C A T 1 O N S Turbocompresseur comportant un rotor, un stator, et un carter, une garniture de rodage ( 1) étant prévue entre les aubes du rotor et le carter ou entre les aubes du stator et le rotor, les aubes creusant la garniture lors de la première mi- se en contact et réalisant un jeu minimal, caractérisé en ce que la garniture de rodage ( 1) est constituée par une première couche de graphite ( 2) renforcée par des fibres de carbone dans la zone de fixation de la garniture sur-le carter ou sur le rotor ainsi que par une seconde couche de graphite ( 3) dans la zone de frottement des extrémités ( 4) des aubes. Turbocompresseur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la première couche de graphite ( 2) et la secon- de couche de graphite ( 3) sont intégrées ou liées entre elles de façon homogène. 3 Turbocompresseur selon l'une quelconque des reven- dications 1 et 2, caractérisé en ce que la garniture de roda- ge ( 1) présente une forme en segments ou une forme annulaire. 4 Turbocompresseur selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce que la seconde couche de gra- phite ( 3) comporte un renforcement en fibres de graphite en forme de balai avec des fibres dirigées radialement ou est remplacée par ledit renforcement en fibres. 50 Turbocompresseur selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisé en ce que la seconde couche de graphite ( 3) a une épaisseur allant jusqu'à 1 mm environ. 6 Turbocompresseur selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 5 caractérisé en ce que la première couche de graphite ( 2) est disposée en liaison géométrique dans une structure métallique annulaire ( 5) solidaire du carter. Turbocompresseur selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, caractérisé en ce que la première couche de graphite ( 2) est disposée avec liaison de la matière dans une structure métallique annulaire ( 5) solidaire du carter. 7 2545537 1 i 8 Turbocompresseur selon la revendication 7, caracté- risée en ceque la première couche de graphite ( 2) est assem- blée par collage avec la structure métallique ( 5).