Brevet FR2560293A1 — publié le 19850830

DISPOSITIF DE FIXATION D'US ANNEAU D'ETANCHEITE POUR LE CONTROLE DES JEUX D'UN JOINT A LABYRINTHE DE TURBOMACHINE L'invention concerne un dispositif de fixation d'un anneau d'étanchéité formant avec un ensemble de léchettes un joint de turbomachine du type à labyrinthe. On connaît l'importance pour le rendement d'une part, mais aussi pour l'obtention d'une poussée maximale et pour la réserve au pompage, de réduire les fuites dues aux jeux entre parties tournantes et parties fixes d'une turbomachine, notamment au niveau de la (ou des) turbines(s). Le brevet US-A 3 565 545 montre un exemple des moyens d'étanchéité couramment utilisés dans la construction de turbomachines, plus particulièrement sur les parties plus proches de l'axe de la machine. On trouve ainsi des joints d'étancheité du type à labyrinthe, composés d'une part, de portées revêtues d'une couche de matériau d'usure et d'éétanchéité et appartenant à un support fixé à un carter intérieur de stator et, d'autre part, de léchettes ou dents portées par un support conique lié au disque de rotor. Le problème posé auquel les dispositions connues n'apportent que des solutions insatisfaisantes est d'obtenir, par des moyens du type évoqué ci-dessus, un contrôle pleinement satisfaisant des jeux entre parties coopérantes de stator et de rotor de turbomachine et ceci, dans toutes les conditions de fonctionnement, aussi bien en régime stabilisé qu'en régime transitoire. I1 s'agit en particulier, lors d'une montée au régime plein gaz par une accélération rapide, d'assurer un jeu minimal et également, lors d'une décélération brutale, d'éviter toute pénétration des léchettes dans la couche d'usure, ce qui entraînerait, outre divers inconvénients mécaniques (phénomènes vibratoires, etc...), l'apparition ultérieure de jeux trop importants.Durant cette phase transitoire de décélération, un minimum de jeu doit même être conservé afin de permettre la succession rapide d'une phase de réaccélération. Afin de répondre à ces conditions, le dispositif de fixation selon l'invention est caractérisé en ce que le support annulaire est une structure mince et est fixée à une structure fixe uniquement à une de ses extrémités axiales, l'autre extrémité axiale comportant une zone d'appui radial sur ladite structure fixe uniquement dans un sens. Une application avantageuse de l'invention aux turbomachines concerne notamment une turbine haute-pression dans laquelle la structure'fixe est constituée par un carter intérieur de stator de distributeur de la turbine et les léchettes sont portées par-un support conique lié à un disque de rotor de la turbine. Avantageusement, l'extrémité amont du support annulaire mince est fixée par boulonnage sur une bride radiale du carter intérieur de stator et son extrémité aval comporte un bord recourbé qui vient en appui radial sur le diamètre extérieur d'une bride axiale aval dudit carter, amont et aval étant définis par rapport au sens normal de circulation des gaz de la turbomachine. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description qui va suivre et du dessin annexé représentant un mode de réalisation de l'invention et dans lequel la figure unique est une vue en coupe longitudinale d'une partie de turbine comportant un dispositif de fixation d'un anneau d'étanchéité conforme à l'invention. Sur la figure unique, on a représenté en coupe axiale, dans des conditions de fonctionnement stabilisé, une partie de turbomachine et plus précisément une partie de turbine haute-pression comportant un mode de réalisation de l'invention. Cette turbine comporte un étage statorique fixe distributeur 1 dont on a représenté l'aubage 2 partiellement et le carter intérieur 3 de stator et également un étage rotorique mobile 4 dont on a représenté partiel- lement une aube mobile 5, le disque correspondant 6 auquel est lié par des moyens connus non représentés un support porte-labyrinthe 7.Le carter intérieur 3 constitue une première partie de carter et comporte notamment une bride radiale amont 8 à laquelle est fixée une seconde partie de carter 9 et également une bride intermédiaire radiale 10 et une bride aval 11, amont et aval étant définis par rapport au sens normal de circulation des gaz de la turbomachine. Sur la bride intermédiaire 10 du carter 3 est fixée l'extrémité radiale amont 12 d'un support annulaire monobloc 13 à structure mince dont la partie principale est radialement décalée vers l'intérieur par rapport au carter 3 créant ainsi un espace 26. Ce support annulaire 13 présente une extrémité aval comportant un bord recourbé 14 terminé par une partie cylindrique 15 dirigée vers l'amont.La bride aval il du carter 3 comporte une partie radiale 16 coopérant avec l'extrémité de l'aubage 2, une partie axiale amont 17 et une partie axiale aval 18 qui coopère avec la partie 15 du bord recourbé 14 du support annulaire 13. Le support annulaire 13 est revêtu sur sa face radialement interne d'une couche de matériau d'usure et d'étanchéité 19 qui, dans l'exemple représenté, est disposée suivant trois paliers 20, 21 et 22 dont le dia- mètre est croissant de l'amont vers l'aval. Le support porte-labyrinthe 7 porte trois léchettes circulaires 23, 24 et 25 coopérant chacune respectivement avec un palier 20, 21 et 22 de la couche de matériau d'usure et d'étanchéité 19. Le dispositif conforme à l'invention qui vient d'être décrit permet d'obtenir un fonctionnement amélioré en assurant un jeu minimal compatible avec toutes les conditions de fonctionnement aussi bien en régime stabilisé qu'en régime transitoire et permet ainsi une réduction très avantageuse des fuites au niveau du joint à labyrinthe de turbine qui vient d'être décrit. En effet, lors d'une phase d'accélération rapide de montée au régime plein gaz, de la turbomachine, le choix de la position axiale du support annulaire mince 13 au-dessus des léchettes 23, 24, 25 permet de le faire bénéficier d'échanges thermiques importants et ce support 13 subit un déplacement radial rapide par dilatation thermique dans l'espace 26 qui le sépare de la face interne du carter inférieur de stator 3. En fait, l'extrémité aval du support annulaire 13 n'est pas retenue durant cette phase de fonctionnement et la partie 15 du bord recourbé 14 s'écarte radialement vers l'extérieur de la partie aval 18 de la bride aval 11 du carter 3. Durant cette phase transitoire de courte durée, un jeu apparaît entre les léchettes 23, 24, 25 et les paliers 20, 21, 22 de la couche d'usure et d'étanchéité 19. Lors de la stabilisation du régime de la turbomachine au plein gaz, toutes les dilatations aussi bien d'origine thermique pour les parties fixes et les parties tournantes que d'origine mécanique par effet centrifuge pour les parties tournantes atteignent leur plein effet. Par suite, le carter intérieur 3 s'est dilaté et l'espace 26 réapparait entre la face interne du carter 3 et le support annulaire 13 tandis que la partie 15 du bord recourbé 14 du support 13 revient en appui radial sur le diamètre extérieur de la partie 18 de la bride aval 11 du carter 3. Les dilatations conjuguées du disque 6, du support portelabyrinthe 7, des léchettes 23, 24, 25 amènent au jeu nul entre les pointes des léchettes et la couche de matériau d'usure et d'étanchéité 19 et par conséquent on obtient une réduction importante des fuites préjudiciables. Si on passe à un régime de décélération de la turbomachine, la rétraction rapide des léchettes 23, 24, 25 et de leur support 7 est retardé par l'inertie thermique plus importante du disque 6 auquel le support 7 est lié mécaniquement. Le support annulaire mince 13 a une tendance à se rétracter rapidement mais l'appui de son bord recourbé aval 14 sur la bride 11 du carter intérieur 3 bloque ce mouvement car le carter 3 a une rétraction lente. De cette façon toute pénétration des léchettes 23, 24, 25 dans la couche d'usure et d'étanchéité 19 est évitée alors que cette pénétration serait forcément à l'origine de jeux ultérieurs trop importants au cours de phases de fonctionnement où les fuites sont indésirables. Cette phase transitoire est également de courte durée et l'apparition de jeux reste par conséquent admissible durant cette phase. Le jeu important, par exemple de l'ordure de 0,5 mm, observé durant la phase décrite ci-dessus présente un avantage en cas de réaccélération rapide En effet, dans ce cas, comme précédemment en accélération, la dilatation thermique du support annulaire mince 13 est rapide par suite du degré de liberté en déplacement radial vers l'ex- térieur qui est prévu pour le bord recourbé aval 14 et le jeu précédent, observé en décélération, permet d'absorber la dilatation mécanique due à l'effet centrifuge dont la répercussion à la pointe des léchettes 23, 24 et 25 est également rapide. On notera qu'un effet secondaire est obtenu grâce à l'invention. En effet, en général, lors de frottements entre parties tournantes et parties fixes, un phénomène divergent apparait du fait des dégagements importants de chaleur qui contribuent à augmenter les frottements. Comme on vient de le montrer, le dispositif conforme à l'invention permet d'éviter les frottements entre parties fixes et parties tournantes. Mais même en présence de frottements entre parties tournantes et parties fixes, le support 13 du dispositif conforme à l'invention subit du fait des dégagements de chaleur un déplacement radial rapide par dilatation thermique dans l'espace 26 et un jeu apparait entre les léchettes 23, 24, 25 et les paliers 20, 21 et 22 de la couche d'usure et d'étanchéité 19, supprimant ainsi les frottements et ses conséquences. REVENDICATIONS 1. Dispositif de fixation d'un anneau d'étanchéité formant avec un ensemble de léchettes un joint de turbomachine du type à labyrinthe et composé d'un support annulaire monobloc (13) portant une couche de matériau d'usure et d'étanchéité (19), caractérisé en ce que ledit support annulaire (13) est une structure mince et est fixée à une structure fixe (3) uniquement à une de ses extrémités axiales (12), l'autre extrémité axiale (14) comportant une zone (15) d'appui radial sur ladite structure fixe (3) uniquement dans un sens. 2. Dispositif de fixation d'un anneau d'étanchéité selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'une extrémité amont (12), définie par rapport au sens normal de circulation des gaz de la turbomachine, du support annulaire mince (13) est fixée par boulonnage sur une bride radiale (10), dirigée vers l'axe de la machine, de la structure fixe (3). 3. Dispositif de fixation d'un anneau d'étanchéité selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'extrémité aval, définie par rapport au sens normal de circulation des gaz de la turbomachine du support annulaire mince (13) comporte un bord recourbé (14) qui vient en appui radial, par une partie cylindrique (15) sur le diamètre extérieur de la partie axiale aval (18) d'une bride aval ( de ladite structure fixe (3). 4. Dispositif de fixation d'un anneau d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la structure fixe est constituée par un carter intérieur (3) de stator d'un distributeur (1) de turbine hautepression.