Brevet FR2670830A1 — publié le 19920626

ç SYSTEME D'ETANCHEITE POUR PALIER D'UNE MACHINE, NOTAMMENT D'UNE TURBOMACHINE DESCRIPTION Il est fréquent dans un pa Lier de machine, notamment de turbomachine, de disposer un arbre qui doit traverser une cloison de carter séparant deux enceintes, dont l'une contient de l'air et de l'huile et sera par convention appelée dans la suite enceinte à huile et dont l'autre contient de l'air et doit être maintenue exempte d'huile et elle sera dans la suite appelée enceinte à air Une étanchéité doit par conséquent être assurée dans cette traversée de cloison. Plusieurs solutions ont été mises en oeuvre dans ce but Le brevet EP- A-O 110 804 décrit un exemple de réalisation comportant un joint d'étanchéité rotatif monté sur un arbre, associé à un élément formant valve. Une autre solution prévoit de monter sur un arbre, au niveau d'une traversée de cloison, un boitier équipé comportant une vrille de déshuilage coopérant avec la surface externe de l'arbre et une bague en carbone, graphite ou carbone amorphe, segmentée ou non, directement montée et pré-assemblée sur le boitier Cette solution facilitant la mise en oeuvre présente toutefois l'inconvénient d'alourdir le dispositif et d'en élever le coût. Une autre solution décrite dans le brevet N 89 03019 consiste à prévoir au niveau du carter une vrille de déshuilage qui coopère directement avec l'arbre et à utiliser un joint d'étanchéité intégré se composant d'une bague segmentée en carbone, formant le joint radial. Les segments sont solidarisés au moyen d'un anneau élastique logé dans une gorge périphérique de ces segments et comportent, sur Leur face d'étanchéité dynamique des cavités de décharge ayant pour objet de limiter la pression spécifique entre joint carbone et rotor en fonctionnement Le joint d'étanchéité intégré comporte également une bague de retenue reliée au carter par des moyens de verrouillage. Le joint radial constitué de la bague segmentée en carbone est très efficace Lorsque la pression de L'enceinte à air est supérieure à celle de L'enceinte à huile L'étanchéité est améliorée en rajoutant Le système complémentaire constitué par La vrille de déshuilage, mais reste insuffisante pour certains cas de fonctionnement. En effet, le jeu existant entre la vrille et l'arbre est trop important pour assurer un déshui- lage suffisant car l'on constate que malgré tout de l'huile parvient à traverser cette vrille et à passer le joint en carbone pour atteindre l'enceinte à air. Or le jeu est imposé par le fonctionnement du moteur et doit donc permettre tout aussi bien le fonctionnement à bas régime qu'à haut régime. Le système d'étanchéité décrit dans ce brevet ne permet donc pas d'obtenir une parfaite étan- chéité pour toutes les configurations possibles de fonctionnement du moteur. La solution proposée par l'invention évite les divers inconvénients des solutions connues anté- rieures. L'invention a plus particulièrement pour objet un système d'étanchéité pour palier d'une machine, notamment d'une turbomachine, dans laquelle un arbre est disposé à L'intérieur d'un carter com- portant une cloison traversée par l'arbre et séparant une enceinte à air et une enceinte à huile, Le carter comportant un bossage axial du côté de l'enceinte à huile, principalement caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de génération d'un débit d'air pour refouler l'huile, qui voudrait pénétrer dans l'espace d'entrée existant entre le carter et l'arbre, dans l'enceinte à huile d'origine. Selon une caractéristique de l'invention, le-dispositif de génération de débit d'air comprend au moins une arrivée d'air ménagée dans le bossage axial du carter, une source d'air introduisant de l'air au moyen de cette arrivée, dans l'espace existant entre le bossage axial du carter et l'arbre, pour refouler l'huile vers l'enceinte à huile. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, le système d'étanchéité comprend un joint d'étanchéité intégré au carter, disposé entre l'arbre et la cloison dans un logement ménagé dans le carter et un dispositif de génération d'air composé d'une source d'alimentation en air et de moyens de compression d'air permettant d'augmenter la différence de pression entre l'entrée d'air dans le bossage et la sortie du bossage, le système fonctionnant comme une pompe à air. Selon un autre aspect de l'invention, les moyens de compression sont en partie réalisés par le bossage axial qui comporte pour cela une vrille de déshuilage en regard de la surface externe de l'arbre. La pression entre l'entrée de la vrille de déshuilage et sa sortie peut être augmentée en réalisant une vrille à pas variable Cette pression peut également être augmentée en réalisant une vrille à hauteur du filet variable. L'effet de pompe à air peut être renforcé en réalisant des motifs, formant obstacles pour l'air, autour de l'arbre, en regard de la vrille de déshuilage, pour augmenter l'entrainement de l'air lorsque l'arbre est en rotation et ainsi améliorer le refoulement de l'huile L'effet de pompe est dû à la combinaison de deux éléments: entraînement de l'air en rotation par l'arbre, canalisation de cet air vers l'enceinte à huile par la vrille qui, grâce à une évolution de section (pas variable) permet d'améliorer le système en accélérant et comprimant l'air la traversant. Les motifs peuvent être constitués de rainures axiales ou de rainures inclinées, ou encore d'une vrille. Selon une autre caractéristique de l'in- vention, le débit d'air est obtenu par une source d'air formée par l'air présent dans l'enceinte à huile, l'enceinte à huile comportant pour cela des moyens de rétention de l'huile empêchant le passage de cette huile dans l'espace carter/rotor. Les moyens de déshuilage de l'air d'alimentation du système peuvent être constitués par un déflecteur multiperforé, associé à des moyens de drainage de l'huile captée par le déflecteur. Selon une autre caractéristique de l'in- vention, la source d'air est issue d'une zone protégée de l'enceinte à huile. Selon une autre caractéristique de l'in- vention, le débit d'air peut être obtenu par une source extérieure au palier. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre illustratif mais non limitatif, en référence aux dessins sur lesquels: la figure 1 représente le palier d'une machine avec un système d'étanchéité selon l'art anté- rieur, la figure 2 représente un système d'étan- chéité pour palier muni de moyens de compression, conformément à l'invention, les figures 3, 4 a, 4 b et 5 permettent de-représenter des variantes de réalisation des motifs réalisés sur l'arbre moteur, la figure 6 permet d'illustrer les multi- perforations dans le cas o la source d'air est issue de L'enceinte à huile, la figure 7 permet d'illustrer un déflec- teur multiperforé dans le cas également o la source d'air est issue de l'enceinte à huile. La figure 1 représente un système d'étan- chéité conforme à l'art antérieur tel que décrit par exemple dans la demande de brevet français NI 89 03019. La figure 2 représente un système d'étan- chéité pour palier, conformément à l'invention Dans un palier de machine ou de turbomachine d'un type connu en soi, un arbre 1 est supporté en rotation par un palier dont seule une partie est représentée sur cette figure 2 Un carter 2 comporte une cloison 3 qui ménage deux enceintes de palier, une enceinte 4 à air d'un côté de la cloison 3 et une enceinte à huile de l'autre côté de cette cloison Le carter 2 comporte un bossage axial 7 disposé en regard de la surface externe de l'arbre 1. A l'extrémité radialement interne de la cloison 3 de séparation des enceintes 4 et 5, est ménagé dans le carter le logement annulaire 8 dans lequel est placé un joint d'étanchéité 9 rapporté au carter 2. Une gorge de dégagement 13 a été ménagée sur le bossage axial 7 entre l'emplacement du joint et la section d'entrée 10 du bossage 7 Le carter 2 a été perforé au-dessus de cette gorge de dégagement 14 de manière à réaliser une arrivée d'air aboutissant dans l'espace délimité par la gorge. Un débit d'air peut donc être introduit au moyen de cette arrivée dans la gorge de dégagement et être entrainé par l'arbre en rotation sous l'effet des frottements et ainsi refouler l'huile qui a tendance à pénétrer dans l'espace existant entre le carter et l'arbre Ainsi, le courant d'air généré à l'aide de la source 15 refoule l'huile dans l'enceinte à huile. Le joint d'étanchéité 9 peut être de type connu On peut par exemple utiliser un joint radial segmenté de type carbone ou un joint à brosse. Le dispositif de génération de débit d'air ainsi réalisé a les fonctions d'un minicompresseur. Il permet en effet de canaliser l'air pénétrant par l'entrée 14, cet air étant mis en mouvement par l'arbre en rotation et éjecté dans l'enceinte à huile avec un maximum d'efficacité. Afin d'augmenter au maximum la vitesse et le débit de sortie de l'air pénétrant dans l'entrée 14, des moyens peuvent être prévus pour augmenter la section d'entrée 10 par rapport à la section de sortie 11. Ces moyens consistent à faire évoluer les sections de passage de l'air, ceci ayant pour effet d'augmenter les différences de pression entre l'entrée et la sortie 11 du minicompresseur Ainsi, le bossage axial 7 est équipé d'une hélice ou d'une vrille avec section évolutive Le pas des filets 12 de la vrille peut être variable de manière à diminuer de l'entrée 10 vers la sortie 11 Une autre façon d'augmenter les différences de pression entre l'entrée et la sortie 11 peut consister à réaliser une vrille dont la hauteur des filets est variable et va en augmentant vers la sortie 11 (figure 3). A ces moyens peuvent être combinés des moyens qui vont augmenter la capacité de l'arbre à entraîner l'air en rotation Différentes solutions possibles ont été représentées sur les figures 3, 4 a, 4 b et 5 Ces solutions consistent en fait à réaliser des motifs sur l'arbre 1 En fonction des applications particulières, la réalisation d'une vrille à effet dynamique peut être envisagée sur l'arbre 1. La figure 3 permet de montrer un arbre sur lequel on a réalisé des facettes 30 Les motifs sont dans le cas de la figure 4 a des rainures 31 dispo- sées dans l'axe de l'arbre 1 La figure 4 b illustre des motifs constitués par des rainures 32 inclinées par rapport à l'axe de l'arbre 1. La figure 5 il Lustre des écopes 33 que l'on peut obtenir par exemple par fraisage. La source d'air ( 15) doit permettre l'ali- mentation du minicompresseur Elle ne doit pas bien évidemment véhiculer de l'huile Conformément à l'invention, la source d'air peut soit être externe au palier, soit interne Ainsi, l'air peut être par exemple prélevé de l'enceinte à huile Pour cela, l'air doit être épuré d'huile. La figure 6 représente un mode de réali- sation adapté à un prélèvement interne d'air dans l'enceinte à huile L'arrivée d'air se fait dans ce cas par un système à multiperforation 140 Ces multi- perforations 140 réalisées dans le carter au voisinage de la gorge de dégagement permettent de répartir de L'air issu de l'enceinte à huile au niveau de chacune des arrivées, tout en permettant un arrêt de l'huile. Sur la figure 7, on a illustré un autre mode de réalisation qui permet d'utiliser comme source, l'air de l'enceinte à huile Selon ce mode de réali- sation, on place un déflecteur multiperforé 141 dans l'enceinte à huile pour permettre une condensation de l'huile sur la tôle et un renvoi vers l'enceinte à huile par l'intermédiaire d'une gorge 142 de récupération bordée par une collerette 143 circonférentielle et d'un trou 144 de réintroduction situé au point bas, ainsi l'air pénétrant par l'entrée 14 est épuré de l'huile de l'enceinte à huile. Une autre solution peut consister à utiliser une source d'air non prélevée directement dans l'enceinte à huile Cette source d'air peut être extérieure à l'enceinte L'arrivée 14 sera dans ce cas là reliée par une canalisation à la source d'air extérieure Cette source peut être dans le cas d'une turbomachine constituée par l'air de la nacelle, mais dans tous les cas, elle devra être à une pression au moins égale et de préférence supérieure à la pression de l'enceinte à huile et être compatible avec le fonctionnement aérothermique du moteur. REVENDICATIONS 1 Système d'étanchéité pour palier d'une machine, notamment d'une turbomachine, dans laquelle un arbre est disposé à l'intérieur d'un carter ( 2) comportant une cloison ( 3) traversée par l'arbre et séparant une enceinte à air ( 4) et une enceinte à huile ( 5), le carter comportant un bo sage axial du côté de l'enceinte à huile, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de génération d'un débit d'air pour refouler l'huile pénétrant l'espace existant entre la bride et l'arbre vers l'enceinte à huile. 2 Système d'étanchéité pour palier selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de génération de débit d'air comprend au moins une arrivée d'air ( 14) ménagée dans le bossage axial ( 7) du carter ( 2), une source d'air ( 15) introduisant de l'air au moyen de l'arrivée ( 14) dans l'espace existant entre le bossage axial du carter et l'arbre ( 1), pour refouler l'huile vers l'enceinte à huile. 3 Système d'étanchéité pour palier selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend un joint d'étanchéité ( 9) rapporté au carter, disposé entre l'arbre ( 1) et la cloison ( 3), dans un logement ménagé dans le carter. 4 Système d'étanchéité selon l'une quel- conque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le système comporte des moyens de compression d'air ( 20, 12) permettant d'augmenter la différence de pression entre l'entrée d'air dans le bossage axial et la sortie du bossage. 5 Système d'étanchéité selon l'une quel- conque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le bossage axial ( 7) comporte une vrille de déshuilage ( 20) en regard de la surface externe de l'arbre. 6 Système d'étanchéité selon la revendi- cation 5, caractérisé en ce que La vrille de déshuilage ( 20) est à pas variable. 7 Système d'étanchéité se Lon la revendi- cation 5, caractérisé en ce que La vrille de déshui Lage ( 20) a une hauteur de filet variable. 8 Système d'étanchéité selon l'une quel- copque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la surface de l'arbre en regard avec la vrille de déshuilage ( 20) comporte des motifs pour entraîner l'air lorsque l'arbre est en rotation et refouler l'huile. 9 Système d'étanchéité selon la revendi- cation 8, caractérisé en ce que les motifs sont des rainures ( 31). Système d'étanchéité selon la revendi- cation 8, caractérisé en ce que les motifs sont des facettes ( 30). 11 Système d'étanchéité selon l'une quel- conque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le bossage axial ( 7) comporte une pluralité de perforations ( 140) et en ce que le débit d'air est obtenu par une source d'air ( 15) formée par l'air présent dans l'enceinte à huile, l'enceinte à huile comportant des moyens de rétention de l'huile empêchant le passage de l'huile par les arrivées d'air du bossage axial ( 7). 12 Système d'étanchéité selon la revendi- cation 11, caractérisé en ce que les moyens de rétention de l'huile sont constitués par un déflecteur multiperforé ( 141). 13 Système d'étanchéité selon la revendi- cation 11, caractérisé en ce que la source d'air ( 15) est issue d'une zone protégée de l'enceinte à huile. 1 1 14 Système d'étanchéité selon l'une quel- conque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le débit d'air est obtenu par une source ( 15) extérieure au palier.