Brevet FR2607893A1 — publié le 19880610

Cette invention a trait aux joints à brosse. Il est connu d'utiliser un joint à brosse pour établir une étanchéité à des fluides entre des composants qui se déplacent l'un par rapport à l'autre. Couramment, et de façon typique, le joint comprend une pluralité de filaments qui sont fixés à l'un des composants et en relation de glissement avec l'autre composant. Par exemple, le joint peut être annulaire et positionné entre un arbre tournant et une structure fixe entourant l'arbre. Les filaments du joint dans une telle application sont habituellement fixés à la structure fixe et généralement dirigés radialement vers l'intérieur de façon à ce qu'ils s'engagent avec l'arbre dans une relation de glissement. Si la pression différentielle de part et d'autre du joint est élevée, il est usuel d'ajouter en série des étages supplémentaires de joints à brosse de façon que la pression différentielle de part et d'autre de chaque étage de joint soit d'un niveau acceptable. Cependant, l'inconvénient de cette approche est que la pression différentielle de part et d'autre du dernier joint est toujours la plus importante et, ainsi, c'est cet étage qui a tendance à présenter des fuites excessives. La solution habituelle à ce problème est d'ajouter encore des étages de joint à brosse jusqu'à ce qu'un niveau acceptable d'étanchéité soit obtenu. Cependant, l'inconvénient avec cette approche est que la réduction dans la pression différentielle de l'étage final diminue progressivement au fur et à mesure que des étages supplémentaires sont ajoutés. Ainsi, bien que le niveau d'efficacité du joint d'ensemble puisse éventuellement devenir acceptable, un grand nombre d'étages de joint devront être ajoutés. Ceci n'est pas souhaitable du point de vue du coût compte tenu du coût élevé des étages de joint à brosse. De plus, cela peut poser des problèmes d'installation si l'espacé disponible pour le joint est limité. Un objet de la présente Invention est de proposer un Joint à brosse qui a des performances améliorées dans des situations o il est exposé à des grandes pressions différentielles de fluide. Selon la présente invention, un joint à brosse à interposer entre des régions de pressions élevées et basses d'un fluide, et entre des éléments en mouvement l'un par rapport à l'autre, comprend deux ou davantage d'étages de joint en série par rapport auxdites régions de pressions de fluide élevées et basses, chaque étage comprenant une pluralité de filaments adaptés en fonctionnement pour être relation de fixation avec l'un des éléments et en relation de glissement avec l'autre desdits éléments, l'étage adjacent en fonctionnement avec la région de basse pression étant espacé de l'étage qui lui est adjacent pour délimiter une chambre, des moyens étant prévus pour décharger le fluide depuis ladite chambre à une vitesse qui garantit que la pression différentielle de fluide de part et d'autre dudit étage adjacent à ladite région de pression basse est à l'intérieur des capacités dudit étage. L'invention va maintenant être décrite au moyen d'un exemple, en référence au dessin ci-joint qui est une vue en coupe de côté d'un joint à brosse selon la présente invention. En référence avec le dessin, un arbre tournant 10 est entouré coaxialement par une structure statique annulaire 11 et un joint à brosse, indiqué généralement en 12, est positionné entre eux. La région A à la droite du joint 12, telle que vue sur le dessin, contient un fluide, qui peut être par exemple de l'air, qui est à une pression plus élevée que le fluide qui est dans la région B, à gauche du joint 12, à nouveau telle que vue sur le dessin. La pression différentielle de fluide entre les régions A et B est plus grande que celle qui est à l'intérieur des capacités d'étanchéité d'un seul étage de joint à brosse. Ceci étant, le joint à brosse 12 est constitué par trois étages de joint à brosse 13, 14 et 15 qui sont arrangés en série. Chaque étage de joint à brosse 13, 14 et 15 est assemblé (fixé), ici par exemple par brasage, à la structure fixe 11 et comprend un réseau annulaire de filaments métalliques s'étendant généralement radialement 16 qui sont pris en sandwich entre une bague de renforcement 17 et une plaque latérale 18. Les filaments 16 de chaque élément de Joint 13, 14 et 15 sont fixés, à nouveau par, par exemple brasage, à leurs extrémités radialement extérieures 19, à leur bague de renforcement respective 17 et à la plaque latérale 18. Les bagues de renforcement 17 et les plaques latérales 18 ont le même diamètre extérieur, mais leurs diamètres internes diffèrent de façon telle que la bague de renforcement 17 adjacente au côté de pression de fluide plus élevée de chaque élément de joint 13, 14 et 15 est d'un diamètre interne plus grand que la plaque latérale 18 adjacente au côté de pression de fluide plus basse. En fait, le jeu radial 20 entre chaque bague de renforcement 17 et l'arbre 10 est arrangé pour être le plus petit possible tout en évitant un contact physique avec l'arbre 10. La pression différentielle de part et d'autre de l'étage de joint adjacent à la région de fluide basse pression est la plus importante des trois étages 13, 14 et 15, et ainsi, c'est l'étage 15 qui est le plus sujet à un fonctionnement inefficace conduisant à une augmentation de défaut d'étanchéité de pression de fluide vers la pression de fluide de la région B. De façon à réduire la pression différentielle de fluide aux bornes de l'étage de joint 15, il est radialement espacé de part et d'autre de son étage de joint adjacent 14 par une bague ouverte d'écartement 21 munie d'ouvertures. La bague d'écartement 21 est située près de la structure fixe 11 et est donc munie d'une pluralité d'ouvertures 22 qui mettent en relation entre elles la chambre annulaire 23 définie entre les étages de joint 14 et 15 avec des ouvertures correspondantes 24 prévues dans la structure fixe 1 1. Les ouvertures 24 dans la structure fixe 1 1 débouchent dans une région C qui est à une pression de fluide plus faible que celle qui règne à l'intérieur de la chambre annulaire 23 de telle sorte que la pression différentielle de part et d'autre de l'élément de joint 15 est réduite, favorisant de cette façon son efficacité de jointoiement. Bien évidemment, la taille et le nombre des ouvertures 22 et 24 dans la bague d'écartement 22 et la structure statique 1 respectivement sont choisis de façon à ce que une pression différentielle appropriée existe de part et d'autre de l'étage de joint 15. Bien que la chambre annulaire 23 soit décrite comme débouchant dans la région C, on se rendra compte que, dans certaines circonstances, il peut être souhaitable de provoquer son échappement dans larégionB. Dans une application typique d'un joint du type décrit ci- dessus dans un moteur à turbine à gaz, la région A pourrait contenir de l'air à une pression de 210 000 kg/m2, et la région B pourrait contenir de l'air à une pression de 30 000 kg/m2 soit une chute de pression globale de 180 000 kg/m2. Le jeu maximum admissible 20 entre la bague de renforcement 17 et l'arbre 10 serait de 1,25 mm et un tel jeu limiterait la pression différentielle maximale de part et d'autre de l'étage de joint 15 à environ 100 000 kg/m2. Cependant, dans le joint à brosse 12, sans la bague d'écartement ouverte 21, la pression différentielle de part et d'autre de l'étage de joint 15 serait 000 kg/m2, soit 15 000 kg/m2 au- dessus de la capacité de fonctionnement de l'étage de joint 15 et ceci nécessiterait normalement de prévoir un étage de joint complémentaire. Cependant, par incorporation de la bague d'écartement munie d'ouvertures 21 dans le joint à brosse 12, la pression différentielle de part et d'autre de l'étage de joint 15 peut être réduite à 70 000 kg/m2, ce qui est bien à l'intérieur de ses capacités de fonctionnement. Un autre avantage dans la réduction de la pression différentielle de part et d'autre de l'étage de joint 15 est que le jeu 20 peut être augmenté jusqu'à environ 1,5 mm. REVENDICATIONS i. Joint à brosse destiné à être interposé entre des régions de fluide haute et basse pressions, et entre des éléments en mouvement l'un par rapport à l'autre comprenant deux ou davantage d'étages de joint en série par rapport auxdites réglons de pressions de fluide élevée et basse, chaque étage comprenant une pluralité de filaments adaptés, en fonctionnement, pour être en relation de fixation avec l'un desdits éléments et en relation de glissement avec l'autre desdits éléments, caractérisé en ce que l'étage (15) adjacent en fonctionnement à la région de basse pression est espacé de son étage adjacent (14) pour délimiter une chambre (23), des moyens (21, 22) étant prévus pour décharger du fluide depuis ladite chambre (23) à une vitesse qui garantit que la pression différentielle de part et d'autre de l'étage (15) adjacent à ladite région basse pression est à l'intérieur des capacités de fonctionnement dudit étage (15). 2. Joint à brosse selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens (21, 22) prévus pour mettre à l'air le fluide à partir de ladite chambre comprend un élément d'écartement (21) adapté pour espacer ledit étage (15) adjacent en fonctionnement à ladite région de basse pression de l'étage (14) qui y est adjacent, ledit élément d'écartement (21) ayant des ouvertures pour faciliter ladite décharge. 3. Joint à brosse selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit élément écarteur (21) est adjacent en fonctionnement à l'un desdits éléments en mouvement ( 11), lesdites ouvertures (22) dans ledit élément d'écartement (21) étant alignées avec des ouvertures de mise à l'air correspondantes (24) dans ledit élément ( 1). 4. Joint à brosse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit joint à brosse (12) est annulaire. 5. Joint à brosse selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit joint à brosse (12) est adapté pour être interposé en fonctionnement entre un arbre rotatif ( 1 0) et une structure ( 11) entourant ledit arbre (10) et fixé de façon permanente à ladite structure fixe (l11). 6. Joint à brosse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque étage de joint (13, 14, 15) comprend une pluralité de filaments (16) pris en sandwich entre -et retenus par- un élément de renforcement (17) et une plaque latérale (18). 7. Joint à brosse selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits filaments (16) sont métalliques.