Brevet FR2646221A1 — publié le 19901026

DESCRIPTION La présente invention concerne les dispositifs d'étanchéité statique utilisables à haute température entre deux parois radiales parallèles délimitant deux enceintes à des pressions différentes, l'une interne et l'autre externe et aptes à maintenir l'étanchéité lors d'une inversion de pression entre les enceintes. Dans ce domaine des dispositifs d'étanchéité à haute température notamment appliqués à des turbomachines, on utilise souvent des joints dits "joints OMEGA" pour assurer ltétanchéité aux gaz entre deux ensembles normalement fixes mais qui, en cours de fonctionnement sont soumis à des dilatations radiales ou axiales. Ils sont réalisés dans-un métal réfractaire, par exemple du NC 19 Fe Nb (Norme NF) commercialisé sous la désignation INCO 718, et constituant une sorte de soufflet annulaire1 généralement à deux plis, ouvert d'un côté, cette ouverture étant disposée du côté haute pression. La pression règnant dans l'enceinte soumise à la pression la plus élevée force les branches de 1'OMEGA à stécarter, assurant ainsi un meilleur contact avec les faces radiales des éléments en présence, même lorsque les dilatations thermiques auxquelles ils sont soumis ont pour effet d'augmenter le jeu axial entre ces éléments, ou leurs positions radiales respectives. Les joints OMEGA remplissent parfaitement leur office tant que les pressions dans les enceintes entre lesquelles-ils sont placés ne varient pas, ou plus exactement tant que le 5 p ne change pas de sens. Lorsque les pressions s'inversent, la-pression la plus forte s'exerçant du côté fermé de 1'OMEGA ne peut plus contribuer à l'ouvrir et le joint ne remplit plus son office. Une solution antérieure a consisté à disposer deux joints OMEGA concentriquement et d'inverser l'orientation de l'un d'entre eux : le joint situé sur le plus grand diamètre a son ouverture dirigée vers l'extérieur, celui qui est situé sur le petit diamètre ayant son ouverture dirigée vers l'axe du moteur. Ainsi, quel que soit le p entre les enceintes, l'étanchéité est assurée. En fait, cette disposition ne donne pas totalement satisfaction du fait que le joint interne, lorsqu'il fonctionne à un niveau de pression inférieur, est moins fortement plaqué sur les parois radiales adjacentes et peut permettre aux gaz de combustion, dans certaines conditions de fonctionnement, de pénétrer jusqu'au joint externe, soumettant ainsi une surface radiale plus importante de l'anneau à des températures élevées. En outre, quand il s'agit de petites machines, le dimensionnement ne permet pas toujours de loger deux joints concentriques. La présente invention a pour but de réaliser un joint apte à résoudre ce problème d'étanchéité dans les cas où des pressions risquent de s'inverser, ainsi que le dispositif de montage de ce joint entre deux enceintes délimitées par des parois radiales parallèles. Pour y parvenir, le joint selon l'invention est constitué d'une pluralité de plis annulaires disposés radialement en deux groupes de plis distincts, reliés entre eux et les plis d'un premier groupe ont leur ouverture dirigée radialement vers l'extérieur tandis que les plis du second groupe ont leur ouverture dirigée radialement vers l'intérieur. Plus précisément, chaque groupe de plis a la forme d'un W, les deux groupes de plis étant disposés tête-bêche et reliés par leurs jambages adjacents. L'invention a également pour objet un dispositif d'étanchéité entre deux flasques radiaux séparant deux enceintes à des pressions différentes P1 et P2 au moyen d'un joint annulaire tel que décrit ci-dessus, dispositif selon lequel le joint est disposé dans une gorge annulaire d'un des flasques, les fonds des plis du premier groupe étant en contact avec le bord circulaire radialement interne de la gorge et les sommets des plis du second groupe en contact avec le bord circulaire radialement externe de la gorge. En outre, le bord circulaire interne de la gorge comporte des orifices percés face aux sommets des plis du second groupe de plis du joint. L'invention a aussi pour objet l'application du dispositif ci-dessus décrit à l'étanchéité entre la bride arrière d'un anneau de turbine de turbomachine et le support de distributeur de ladite turbine. D'autres caractéristiques du joint et du dispositif selon l'invention ainsi que son application seront développées dans le complément de description qui va suivre accompagné de planches annexées parmi lesquelles - la figure 1 est une vue en coupe d'un joint selon l'invention ; - la figure 2 est un schéma de principe du dispositif d'étanchéité selon l'invention ; - la figure 2a est, en demi-coupe, un schéma de principe des forces appliquées sur les plis du joint mis en place entre deux enceintes à pressions P1 et P2 avec P1 inférieur à P2 - la figure 3 est une vue en demi-coupe partielle d'un anneau de turbine de turbomachine faisant application du dispositif selon l'invention. Le joint 1 selon l'invention représenté à la figure 1 est formé d'une tôle annulaire en NC 19 Fe Nb repliée en accordéon sur elle-même pour former un premier groupe de plis 2 en forme de W orientés radialement vers l'extérieur et un second groupe de plis 3 également en forme de W orientés radialement vers l'axe de symétrie du joint, les deux groupes en forme de W ayant un jambage central commun. Les jambages latéraux 21 et 31 de chaque W possèdent un repli annulaire latéral 22, 32 dont la concavité est tournée vers le côté extérieur du joint pour permettre un contact circulaire des bords latéraux du joint 1 avec des surfaces de contact transversales à l'axe dudit joint. Par ailleurs, le pliage du joint est réalisé de telle sorte que les fonds des plis du premier groupe 2 de plis sont situés sur un cylindre théorique de diamètre D1 inférieur à celui, D21 des sommets des plis du second groupe 3 de plis. I1 en est de même pour les sommets des plis du groupe 1 dont le cylindre théorique de diamètre D3 est inférieur à celui D4 des fonds des plis du second groupe 3. Cette disposition permet de mettre en place le joint 1 dans une gorge annulaire de telle sorte que seuls les fonds des plis du premier groupe 2 (respectivement du second groupe 3) sont en contact avec le bord circulaire radialement interne (respectivement radialement externe) de la gorge sans que les sommets des plis soient en contact avec le bord cylindrique opposé de la gorge. La figure 2 montre un mode de réalisation du dispositif d'étanchéité selon l'invention, incorporant le joint décrit ci-dessus. Une pièce de révolution 4 comportant un flasque d'extrémité 5 et une pièce 6, également de révolution comportant également un flasque transversal 7 et une chambre centrale 8, définissant entre elles deux enceintes à des pressions différentes : la première chambre est constituée par la chambre centrale 8 à pression P1, tandis que l'autre enceinte, à pression P2 supérieur à P1 est définie par la pièce 4 et son flasque 5, et la pièce 6 et son flasque 7. Un joint 1 selon l'invention est placé dans une gorge 9 du flasque 7 de sorte que le repli 22 de son bord latéral gauche soit en contact avec le flasque 5 tandis que le repli 32 de son bord latéral droit soit en contact avec le fond 9a de la gorge 9. Pour que le joint reste en contact permanent avec le flasque 5 et le fond 9e de la gorge, la largeur du joint est déterminée de telle sorte qu'une fois en place; le joint soit soumis à une précontrainte entre les faces 5 et 9a, cette précontrainte se traduisant sur les faces latérales du joint par deux forces F égales et opposées. Les bords cylindriques interne et externe de la gorge sont référencés respectivement 9b et 9c. Le bord 9b comporte des orifices 10 à une distance du fond 9a de la gorge 9, telle que les orifices font face aux sommets des plis 3 du joint. Les orifices 10 mettent en contact les sommets des plis 3 du joint avec la pression P1 établie dans l'enceinte 8 tandis que les sommets des plis 2 du joint sont à la pression P2=de la deuxième enceinte. Les pressions P1 et P2 se traduisent sur les parois du joint par des forces F1, F2 (voir figure 2a) tandis que la précontrainte est représentée par les forces F agissant en direction des flasques latéraux. La paroi gauche du pli 2 est soumise à une force (F + F1 - F2) tandis que la paroi droite du pli 3 est soumise à une force (F + F2 - F1) et que le pli central est soumis en son centre à (F1 - F2). Le pli 2 a donc tendance à s'écarter vers le flasque tandis que la paroi droite du pli 3 est plaquée sur le fond de la gorge par la seule précontrainte. Si les pressions P1 et P2 viennent à s'inverser, le système de force est alors symétrique au précédent et l'étanchéité reste assurée. La figure 3 montre une application du joint selon l'invention à l'étanchéité entre la bride arrière d'un anneau de turbine et le support du second distributeur de turbine d'une turbomachine d'aviation. L'aube mobile 40 de la turbine est placée entre les aubes fixes du premier distributeur (respectivement 41 et 42) de turbine. L'anneau de turbine 43 est supporté à l'amont par un support souple 44 vissé sur une bride 45 du carter et il comporte une bride arrière radiale 46. Le support 47 du second distributeur 42 comporte un voile conique supporté en amont au moyen d'une aile annulaire 48 par une fourchette 49 de la virole externe 50 de l'anneau de turbine. I1 est fixé en aval par une bride 51. En amont du voile conique 47, il comporte une aile radialement interne 54a définissant une gorge aval 53 dans laquelle est logée la plate forme supérieure 52 du support du second distributeur 42, et une gorge amont 54 percée d'orifices radiaux 55. Un joint 1 selon l'invention est disposé dans la gorge 54 entre la bride arrière 46 de l'anneau de turbine 43 et l'aile annulaire 48, 52 du support de distributeur 47 pour assurer l'étanchéité entre l'enceinte 56 formée entre l'anneau de turbine et ledit support de distributeur, et la veine d'air comprimé 57 du turboréacteur. Lors du fonctionnement du turboréacteur la pression P1 dans l'enceinte 56 est normalement supérieure à celle, de la veine sauf en certaines circonstances du cycle de fonctionnement où les pressions s inversent.- Dans les deux cas, le joint 1 assure une étanchéité parfaite entre les deux enceintes. I1 assure donc une solution pratique et peu encombrante au problème posé là où l'état de la technique antérieur nécessitait deux joints placés en opposition pour remplir totalement la fonction d'étanchéité ce qui imposait un encombrement radial double, voire triple. REVENDICATIONS 1. Joint d'étanchéité annulaire statique utilisable à haute température entre deux enceintes à pressions différentes et apte à maintenir l'étanchéité lors d'une inversion de pression entre les enceintes, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une pluralité de plis annulaires disposés radialement en deux groupes de plis distincts, en ce que les plis d'un premier groupe (2) ont leur ouverture dirigée radialement vers l'extérieur et en ce que les plis du second groupe (3) ont leur ouverture dirigée radialement vers l'intérieur. 2. Joint d'étanchéité selon la revendication 1 caractérisé en ce que chaque groupe (2, 3) de plis a la forme d'un W, les deux groupes de plis étant disposés tête-bêche et reliés par leurs jambages adjacents. 3. Joint d'étanchéité selon la revendication 2, caractérisé en ce que les sommets des plis du premier groupe (2) (respectivement les fonds de ses plis) sont situés sur un cylindre théorique de diamètre inférieur à celui des fonds (respectivement des sommets) des plis du second groupe (3). 4. Joint d'étanchéité selon la revendication 3, caractérisé en ce que les jambages latéraux (21, 31) possèdent un repli annulaire latéral (22, 32) apte à permettre un contact circulaire des bords latéraux du Joint avec Ües surraces de contact transversales à l'axe du joint. 5. Dispositif d'étanchéité entre deux flasqués radiaux sçparar.t ceux enceintes à des pressions différentes P1 et @@@@@ moyen d'un joint annulaire selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le joint est disposé dans une gorge annulaire (9, 54) d'un (7 ; 52) des flasques, les fonds des plis du premier groupe (2) étant en contact avec le bord circulaire radialement interne (9b, 54b) de la gorge et les sommets des plis du second groupe (3) en contact avec le bord circulaire radialement externe (9c, 54c) de la gorge, en ce que le repli annulaire latéral (22) du jambage latéral du premier groupe de plis (2) est en contact avec le second flasque (5, 46) tandis que celui (32) du second groupe (3) est en contact avec le fond de la gorge (9, 54) du premier flasque (7, 52). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le bord circulaire interne de la gorge comporte des orifices (10, 55) percés face aux sommets des plis du second groupe de plis (3) du joint. 7. Application du dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6 à l'étanchéité entre la bride arrière (46) d'un anneau de turbine (43) de turbomachine et le support (47) du distributeur (42) de ladite turbine caractérisé en ce que la bride arrière (46) de l'anneau de turbine (43) comporte une surface radiale en ce que la face avant (52) du support de distributeur comporte une gorge annulaire (54) faisant face à ladite surface radiale (46), le joint d'étanchéité (1) étant disposé dans ladite gorge (54) du support de distributeur entre la surface radiale de la bride arrière (46) et le fond de la gorge (54) dudit support pour assurer l'étanchéité entre la partie (56) radialement externe de l'anneau de turbine et la veine (5, 7) radialement interne de la turbomachine.