Brevet FR2548752A1 — publié le 19850111

Joint liquide pour gaz avec balayage de fluide L'invention concerne des joints pour gaz du type dans lequel un liquide est déchargé dans une chambre collectrice tournante et centrifugé radialement vers l'extérieur pour former un anneau tournant dans lequel fait saillie la périphérie d'une joue ou bride annulaire statique, formant ainsi un joint pour gaz au travers de la bride. Il est connu de disposer des joints du type mentionné ci-dessus dans des turbomachines A gaz Ces joints peuvent 10 être utilisés pour éviter à la vapeur d'huile de s'échapper des chambres A paliers, réduisant ainsi les risques d'incendie provoqués par la vapeur d'huile communiquant avec d'autres parties du moteur. Il est aussi connu, par le brevet britannique NI 947 789, de prévoir une structure de support dans une turbomachine A gaz, comportant un collecteur fixé de façon A tourner en même temps que le chemin de roulement extérieur du palier. Une écope statique fait saillie dans la chambre collectrice et un orifice qui est A l'extrémité de l'écope plonge dans 20 l'huile qui est maintenue contre la paroi de la chambre collectrice par la force centrifuge L'effet de bélier de l'huile suffit pour la forcer à passer par l'orifice de l'écope et de là vers l'échappement Cependant, aucune description n'est donn éedans ce brevet d'un joint A gaz 25 hydraulique. Une turbomachine à gaz dans laquelle on utilise A la fois des joints du type décrit ci-dessus et un système de balayage d'huile du type décrit dans le brevet ci-dessus pourrait poser des problèmes de conception Une écope statique faisant saillie dans l'anneau d'huile peut créer suffisamment 30 de perturbations pour réduire l'efficacité du joint liquide pour gaz adjacent Il est également possible qu'il soit nécessaire de constituer la chnbre A palier selon des dimensions plus importantes que la normale et donc de réduire l'espace 35 dsponitle pour d'autres parties du moteur Normalement un 2 2548752 palier comprend un chemin de roulement interne rotatif et un chemin de roulement externe statique, mais une écope de balayage statique doit être disposée radialement vers l'intérieur de la chambre tournante dans laquelle le fluide est centrifugé Un autre problème de conception peutdonc se poser si le joint liquide pour gaz doit fermer, de façon étanche, une chambre à palier dans laquelle l'huile de lubrification forme le joint. Un but de l'invention est de proposer un joint liquide 10 pour gaz du type comprenant une chambre collectrice tournante oû la périphérie d'une bride annulaire statique fait saillie dans l'anneau centrifugé de fluide, avec des moyens pour balayer le fluide de la chambre. L'invention telle qu'eile est revendiquée comprend des 15 moyens pour éliminer le fluide de la chambre et comprend au moins un conduit incorporé à la bride. Le conduit se termine par un orifice qui, en utilisation, est au moins submergé en partie dans l'anneau de fluide et est disposé sur la périphérie de la bride L'effet de bélier du 20 fluide en rotation est utilisé pour le faire passer de force par l'orifice et l'éliminer de la chambre collectrice par l'intermédiaire du conduit. L'orifice peut être totalement submergé dans le fluide, ou partiellement submergé, de manière que le gaz qui se dé25 place avec le fluide en rotation et qui est adjacent à ce 25 dernier puisse être également éliminé par l'intermédiaire du conduit Bien que dans ce dernier cas il puisse y avoir une légère fuite par le joint, son effet principal de fermeture étanche n'est pas perdu L'orifice peut être disposé sur une crêted la périphérie de la bride de manière à faire sensiblement face à une direction opposee à celle de la rotation du fluide. La chambre collectrice tournante peut être munie d'aubes qui, en utilisation, exercent une force d'entraînement sur le 35 fluide, en particulier du fluide qui est éloigné des parois de la chambre. 3 2548752 Le joint peut également comprendre un ou plusieurs passages d'échappement pour permettre à un petit courant de gaz de traverser le joint et réduire la différence entre les pressions régnant des deux côtés Le passage peut également laisser passer de la vapeur s'étant dégagée de la surface du fluide. Les passages peuvent être disposés de manière à ne permettre qu'un courant de fuite dans une seule direction au travers de la bride. L'invention mra maintenant décrite à titre d'exemple 10 et en référence aux dessins annexes dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique d'une turbomachine à gaz comportant deux modes de réalisation de l'invention; la figure 2 est une vue à plus grande échelle et partiellement en coupe du premier mode de réalisation de l'invention 15 de la figure 1; la figure 3 est une vue selon la ligne A-A de la figure 2; la figure 4 est une vue en coupe à plus grande échelle du second mode de réalisation de la figure 1. LO Sur la figure 1, une turbomachine à gaz comprend un v-entilateur compresseur ( 12) entraîné par une turbine basse pression ( 14) par l'intermédiaire d'un arbre ( 16) Le ventilateur ( 12) est supporté par un palier ( 18) disposé entre un tronçon d'arbre ( 20) du ventilateur et un manchon interne 25 fixe ( 22). Si l'on se réfère à la figure 2, le chemin de roulement externe du Palier ( 18) peut tourner avec le tronçon d'arbre ( 20) du ventilat Lar Le manchon fixe ( 22) supporte deux autres manchons ( 24) et ( 26) comportant chacun une bride ( 28) s'étendant circonférentiellement et dirigée radialement vers l'extérieur, définissant entre elles une chambre à palier ( 30). On prévoit deux lèvres ( 32) s'étendant circonférentiellement et dirigées radialement vers l'intérieur, l'une sur l'arbre ( 20) et l'autre sur le chemin de roulement externe du 35 nal ier ( 18). 4 2548752 Quand la turbomachine à gaz ( 10) fonctionne, l'huile de lubrification est pompée vers le palier ( 18) en passant par un passage d'huile ( 34) Lorsque l'huile a traversé le palier ( 18), elle est centrifugée radialement vers l'ex5 térieur et forme des anneaux ( 36) Chaque bride ( 28) est proportionnée de manière qu'en fonctionnement sa périphérie soit immergée dans son anneau d'huile respectif, définissant ainsi des joints à gaz ou A vapeur de chaque côté du palier ( 18). Plusieurs orifices ( 38) sont prévus sur la périphérie 10 de chaque bride ( 28) Les orifices ( 38) font face dans une direction qui est opposée à celle de la rotation de l'huile. On prévoit un diamètre externe de la chambre à palier ( 30) et une vitesse de rotation du tronçon d'arbre ( 20) du ventilateur suffisants pour qu'il y ait une pression d'huile 15 suffisante pour que cette huile puisse retourner dans un réservoir d'huile du moteur en passant par le conduit ( 40). La dimension des orifices ( 38) est suffisante pour qu'on soit certain qu'il y ait toujours suffisamment d'huile dans les anneaux pour déterminer les joints En outre, les orifices ( 38) sont assez importants pour éviter l'accumulation d'huile et une situation o l'huile pourrait être projetée au-delà des lèvres ( 32) De préférence, la chambre A palier ( 30) est mise sous pression par de l'air provenant du compresseur basse pression ( 11 il) et reliée à la boîte d'engrenages du 25 moteur ou au réservoir d'huile pour éviter l'accumulation de vapeur d'huile dans la chambre ( 30). Si on se réfère maintenant à la figure 3, le conduit ( 40) qui est à l'aval de chaque orifice ( 38) suit un parcours qui ne diverge que graduellement de la périphérie des brides 30 ( 28) Ceci est prévu pour réduire au minimum des pertes d'entrée dans le conduit ( 40) La flèche (B) montre le sens de la rotation de l'huile. La figure 4 illustre un second mode de réalisation de L'invention dans lequel l'arbre d'entraînement ( 16) est sup35 porté par un palier ( 42) Une chambre à palier ( 44) est dé- 2548752 finie a i'intérieur de deux logements statiques ( 46) de chaqcue c 8 ôté du palier ( 42) Chaque logement ( 46) comprend une bride ( 48) s'étendant circonférentiellement et dirigée radialement vers l'extérieur, chacune comportant plusieurs orifices ( 50) disposés sur sa périphérie Deux logements tournants ( 52) sont prévus à l'intérieur de la chambre à palier ( 42) Chaque logement tournant ( 52) comprend d'autres orifices ( 54) qui communiquent, par l'intermediaire du conduit ( 56) avec l'intérieur dudit logement. Lorsque le moteur ( 10) fonctionne, l'huile est pompée vers le palier ( 42) par l'intermédiaire d'un passage à huile ( 58) Ayant traversé le palier ( 42), l'huile est centrifugée en direction de l'espace situé entre les logements statique et tournant ( 46) et ( 52) pour former les anneaux ( 60) L'huile 15 est écopée dans le conduit ( 56) par l'intermédiaire des orifices ( 54) et déchargée dans le logement tournant ( 52). L'huile est alors centrifugée radialement vers l'extérieur pour former de seconds anneaux ( 62) La périphérie de chaque bride ( 48) est prvue'pour faire saillie dans ses anneaux respectifs 20 ( 62) pour définir des joints a gaz hydrauliques Dans ce mode de réalisation, les orifices ( 50) ne sont pas complètement immergés dans l'huile, ce qui fait que la vapeur d'huile et l'air tournant avec l'huile sont refoulés dans l'orifice ( 50), en même temps que de l'huile pure Les dimensions des 25 brides ( 48) et la vitesse de rotation du logement ( 52) permettent d'être certain que l'on dispose d'une énergie suffisante pour que l'huile retourne vers un réservoir d'huile par l'intermédiaire du conduit ( 64) La dimension des orifices ( 50) permet d'être certain qu'il y a toujours suffisamment 30 d'huile dans les anneaux ( 62) pour maintenir le joint à gaz. L'air provenant du compresseur basse pression ( 11) du moteur agit sur les joints hydrauliques dans le sens de la flèche (C) Plusieurs passages ( 66) sont prévus dans chaque bride ( 48) pour nue l'air du compresseur puisse filtrer dans la chambre A palier ( 44) Les passages ( 66) servent a pratique- 6 2548752 ment égaliser les pressions régnant de chaque côté des joints. Les passages ( 66) sont disposés de manière que lorsque le moteur ( 10) est soudainement césaccéléré (amenant la pression régnant à l'intérieur de la chambre A palier ( 44) à être pas5 sagèrement supérieure à la pression agissant dans le sens de la flèche C) ils soient bloqués par l'huile qui est refoulée radialement vers l'intérieur, sur le côté des brides ( 48) qui est en contact avec la pression de l'air du compresseur, par l'air à pression plus élevée se trouvant dans la chambre ( 44). 10 L'air et la vapeur d'huile contenus dans la chambre ( 44) sont refoulés dans les orifices ( 50) et renvoyés au réservoir d'huile par le conduit 64 o l'huile peut être séparée Quand la pression de l'air dans la chambre à palier ( 44) tombe suffisamment, le niveau de l'huile de chaque côté des brides ( 48) revient 15 à un état stable (Co le niveau d'huile de chaque côté des brides ( 48) est pratiauement le même) Les passages ( 66) se rouvrent, ce qui rétablit le courant d'air passant dans la chambre ( 44). On prévoit plusieurs aubes ( 68) exerçant une force 20 d'entraînement sur l'huile Les aubes permettent également de réduire la durée nécessaire à la formation des anneaux ( 62) au moment du démarrage du moteur. 7 2548752 REVEN DICATIONS 1. Joint liquide pour gaz comprenant une chambre collectrice tournante dans laquelle du liquide est déchargé et centrifugé radialement vers l'extérieur pour former un anneau de liquide, une structure fixe disposée concentriquement à l'intérieur de la chambre collectrice, caractérisé en ce que la structure fixe comprend une bride ( 28,48) s'étendant circonférentiellement et dirigée radialement vers l'extérieur qui, en utilisation, est en contact avec l'anneau ( 36,62) de liquide et constitue un barrage et forme ainsi un joint pour gaz des deux côtés de la bride ( 28,48), et au moins un conduit ( 40,64) pour éliminer le liquide de la chambre ( 36,62) ce conduit ( 40,64) se terminant par un orifice ( 38,50) qui, en utilisation, est submergé au moins en partie dans l'anneau ( 36,62) de liquide, et cet orifice ( 38,50) étant disposé pour utiliser l'effet de blier du liquide tournant pour forcer le liquide. le traverser et à s'échapper de la chambre collectrice par le conduit ( 40,64). 2. Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce 20 que l'orifice ( 38,50) est disposé de manière à être, en utilisation, totalement submergé dans l'anneau de liquide ( 36,62). 3. Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'orifice ( 38, 50) est disposé de manière à être, en Ultilisation, partielletment submergé dans l'anneau ( 36,42) de iqidie, et en ce que l'orifice ( 38,50) 6 lirine égalerient de l chambre collectrice, par l'intermédiaire du conduit ( 40,64), gaz adjacent lla surface c l'anneau de liquide ( 36,62) t ournant avec elle. TA -'-i Joint selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'orifice ( 30,50) Coi Drenc une crête A la périphérie de la bride ( 28,48) et fait face sensiblement à une direction qui est opposée A celle de la rotation du liauide. 3 _ 5 5. Joint selon l'une quelconnue des revenlications 3 o 2548752précédentes, caractérisé en ce que la chambre collectrice rotative est munie d'aubes ( 68) pour appliquer une force d'entralnement au liquide. 6. Joint selon l'une ouelconeue des revendications 5 précédentes, caractérisé en ce cue le conduit ( 40,64) est incorporé lans la bride. 7. Joint selon l'une quelconque des revendications Précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un passage ( 66) est prévu dans la bride ( 28,48) qui, en utilisation, permet 10 le passage d'un courant de gaz d'un premier côté vers un second côté de la bride ( 28,48), ledit ou lesdits passages ( 66) étant disposés et positionnés de manière que si la pression sur le second côté dépasse celle sur le premier côté, refoulant de ce fait l'anneau de liquide ( 62) radialement vers l'in15 térieur sur le premier côté, le passage ( 66) soit bloqué par le liquide déplacé, ce qui évite que le courant passe par ls passages du second côté vers le premier côté.