Brevet FR2684160A1 — publié le 19930528

"Dispositif pour assurer l'étanchéité d'une fente" L'invention concerne un dispositif pour assurer l'étanchéité d'une fente entre deux composants mobiles l'un par rapport à l'autre, un longeron5 d'étanchéité étant prévu entre les deux composants, transversalement à la direction de déplacement et s'appuie de manière étanche pour la fente contre une surface d'étanchéité du premier composant Une telle installation est connue selon le document GB10 2 078 306. L'étanchéité fiable réalisée pour une fente formée entre deux composants voisins et qui est sollicitée par des gaz chauds et/ou de la pression, présente notamment des difficultés très grandes si les15 deux composants se déplacent l'un par rapport à l'autre comme cela est par exemple le cas des tuyères de poussée de turbo-réacteurs ou de moteurs de fusées. Ainsi, les parois planes des tuyères et les volets de celles-ci qui s'utilisent sur des tuyères réglables à20 section rectangulaire, sont exposés à des dilatations différentes engendrées par les conditions thermiques, et qui proviennent du jet des gaz de rejet, très chaud. Pour résoudre ce problème, il est connu selon le document GB-A-2 O 78 306, de prévoir, dans la fente entre deux surfaces faisant entre elles un angle, une garniture d'étanchéité cylindrique. L'étanchéité est ainsi maintenue contre la face avant d'une première surface et un ressort-lame la maintient de façon étanche contre la première surface en étant pressé de façon à réaliser l'étanchéité, contre la seconde surface, par un ressort-lame Aux températures élevées, telles que celles qui existent dans la veine de gaz s'échappant de tuyères de poussée, les ressorts sont trop peu sûrs En outre, il n'est pas possible d'avoir une adaptation souple du ressort aux différents états de fonctionnement, car on ne peut régler une pression d'application, déterminée en utilisant la courbe caractéristique, seulement lorsqu'on est au point de fonctionnement. Partant de ces considérations, la présente invention a pour but de créer un dispositif correspondant au type défini ci- dessus, et qui fonctionne de manière fiable même aux pressions et températures élevées, n'étant exposé qu'à une faible usure et tenant compte des mouvements des composants ayant pour origine le fonctionnement. Ce problème est résolu selon l'invention en ce que le longeron d'étanchéité est placé dans une gorge du second composant sur un fluide qui s'écoule de tous côtés entre la gorge et le longeron d'étanchéité, en étant guidé de manière mobile et en étant pressé contre le premier composant par le fluide, ce fluide étant réparti dans l'intervalle par des canaux d'alimentation du second composant, la pression de fonctionnement du fluide étant supérieure à la pression extérieure autour des composants. Le dispositif selon l'invention offre l'avantage de créer une étanchéité fonctionnant de manière fiable, notamment vis-à-vis de gaz chauds sous pression L'utilisation d'un fluide pour guider l'étanchéité assure en même temps une force de pression nécessaire du longeron d'étanchéité contre le premier composant et protège le longeron d'étanchéité contre l'action directe des gaz chauds Le guidage du corps d'étanchéité, sans contact, à l'intérieur de la gorge du second composant, donne un guidage avec très peu d'usure et permet au dispositif de fonctionner sans incident L'effet d'étanchéité de la veine de fluide permet de réduire la pression par laquelle l'organe d'étanchéité est appliqué contre le premier composant Cela réduit les forces de rappel lors du déplacement réciproque des composants, par exemple lors de la commande de la tuyère. La régulation du débit et/ou de la pression de la veine de gaz permettent d'adapter le dispositif de manière souple à des conditions de fonctionnement différentes et cela à court terme Pour une température de gaz et un débit correspondant, le courant de gaz agit comme fluide de refroidissement des composants voisins. Les déformations des composants entraînées par la température et la pression sont avantageusement compensées de façon automatique en ce que le fluide presse toujours les longerons d'étanchéité avec une pression pratiquement constante contre la fente Dans un mode de réalisation préférentiel, le second composant est muni de canaux de refroidissement comme cela est nécessaire pour les volets mobiles très fortement sollicités de façon thermique aux températures élevées, sur les tuyères de poussée, et les canaux de refroidissement sont reliés aux canaux d'alimentation conduisant le fluide Cette liaison des canaux assure l'alimentation en fluide de l'installation sans conduite supplémentaire à partir d'une source de fluide En même temps, cela permet un refroidissement efficace des longerons d'étanchéité. Selon une réalisation avantageuse de l'invention, la rainure est une gorge en forme de V ce qui permet de réaliser cette gorge simplement Le longeron d'étanchéité possède dans ces conditions une forme de section triangulaire. En variante, le longeron d'étanchéité possède une forme de section rectangulaire Cela permet de compenser automatiquement les mouvements de dilatation des pièces sans que l'importance de la fente de fluide entre les branches de la rainure et le longeron d'étanchéité ne change On évite ainsi que les mouvements de dilatation ne se répercutent de manière gênante sur l'écoulement Selon un autre mode de réalisation préférentiel de l'invention, le longeron a une forme de section rectangulaire avec un prolongement rond Le risque du grippage est ainsi très réduit tout en permettant le mouvement des composants. On a un longeron d'étanchéité optimum quant au risque de grippage en ce qu'il présente une section de forme circulaire De plus, on peut réduire les forces de commande servant à bouger les pièces, car le longeron d'étanchéité circulaire se déplace par roulement sur la surface d'étanchéité. Pour réduire également les forces de commande des longerons d'étanchéité et de la surface latérale contre laquelle il s'applique, il est proposé de munir le longeron d'étanchéité, du côté des surfaces d'étanchéité, d'une rainure de décharge qui s'étend dans la direction longitudinale du longeron d'étanchéité, cette rainure communiquant par des canaux avec la gorge pour évacuer le fluide. Cette action sur la rainure de décharge avec du fluide à la pression de fonctionnement applique une composante de la pression d'application du longeron d'étanchéité de façon opposée et réduit ainsi la force de commande nécessaire pour déplacer les pièces. Pour garantir un contact fidèle en surface du longeron d'étanchéité et de la surface d'étanchéité, le longeron d'étanchéité est segmenté. L'étanchéité du dispositif peut ainsi être garantie parfaitement même lorsque la surface d'étanchéité est bombée. Pour augmenter la résistance en température du dispositif et réduire les dilatations thermiques lorsque les composants sont sollicités par des gaz à haute température, on prévoit un second composant muni de canaux de refroidissement qui communiquent de manière à conduire le fluide avec les canaux d'alimentation et le fluide est un fluide caloporteur. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le fluide de refroidissement est fourni au compresseur d'une turbine à gaz par des conduites de liaison pour alimenter les canaux de refroidissement. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le premier composant est une paroi latérale d'une tuyère de poussée. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le second composant est une tuyère réglable avec une tuyère de poussée. L'application de cette réalisation à des turbo-réacteurs s'est avérée comme particulièrement avantageuse car la pression appliquant le longeron d'étanchéité contre la paroi latérale d'une tuyère de poussée dépend de la charge du fait de l'utilisation d'air fourni par le compresseur du turbo-réacteur. L'invention sera décrite ci-après à titre d'exemple à l'aide des dessins dans lesquels la figure 1 est une coupe longitudinale d'un turbo-réacteur à tuyère de poussée réglable. la figure 2 est une coupe transversale d'un volet de tuyère avec un longeron d'étanchéité rectangulaire selon la figure 1. la figure 3 est une coupe transversale d'un volet de tuyère à longeron d'étanchéité de section triangulaire selon la figure 1. la figure 4 est une section d'un volet de tuyère à longeron d'étanchéité circulaire selon la figure 1. la figure 5 est une coupe transversale d'un volet de tuyère à longeron d'étanchéité rectangulaire et un prolongement rond selon la figure 1. la figure 6 est une vue en perspective des volets de tuyère et d'un longeron d'étanchéité rectangulaire. La figure 1 montre un moteur de turbo- réacteur dont la tuyère de poussée 2 peut se commander par l'intermédiaire de deux volets 1 ' de tuyère, mobiles Latéralement en amont de la tuyère de poussée 2, le turbo-réacteur comporte une turbine à gaz 19 avec un compresseur 18, une chambre de combustion 20 et une turbine 21 comme cela est connu Pour commander la tuyère de poussée 2, on déplace les volets de tuyère 1 ' entre deux parois latérales parallèles, planes 3 ' qui forment en commun la cavité intérieure 4, variable de la tuyère, ayant une section rectangulaire. Pour commander la buse 2, les volets de tuyère 1 ' se déplacent le long des parois latérales (figures 2 à 6) Comme les fuites entre les volets de tuyère 1 ' et la paroi latérale 3 ' qui sont perpendiculaires l'un à l'autre, réduisant la pression, il faut rendre étanches les fentes 5 qui se développent chaque fois entre les faces frontales des volets de tuyère 1 ' et les surfaces d'étanchéité 9 ' des deux parois latérales 3 '. Pour rendre cette fente 5 étanche, on a chaque fois sur la face 6 tournée le long de la paroi latérale 3 ', du volet de tuyère 1 ', un longeron d'étanchéité 7 placé dans une gorge 8 ouverte vers l'intérieur vers la paroi latérale 3 ', en étant monté sans contact Pour guider le longeron d'étanchéité 7 dans la gorge 8, on balaye le longeron 7 par de l'air sous pression et on le presse contre la surface d'étanchéité 9 de la paroi latérale 3 ' L'air est pris des canaux d'air de refroidissement 16 du volet de tuyère 1 ' à travers les canaux de guidage 10 et cet air est fourni à la gorge 8 Pendant le fonctionnement, l'air passe dans l'intervalle 15 entre le longeron d'étanchéité 7 et les surfaces des flancs 11, pour arriver dans le volume intérieur de la tuyère 4 et dans la chambre ainsi dérivée tout en refroidissant l'organe décrit L'air qui sert à refroidir les volets de tuyère 1 ' et à mettre en oeuvre le longeron d'étanchéité 7 est distribué par le compresseur 18 de la turbine à gaz 19 et est fourni par des conduites de liaison 17 aux canaux de refroidissement 16. La figure 2 montre un longeron d'étanchéité 7 à section rectangulaire; la face latérale 12 appliquée contre la surface d'étanchéité 9, est munie d'une rainure de décharge 13 dirigée dans la direction longitudinale du longeron d'étanchéité 7 (voir figure 3) Cette rainure de décharge 13 est reliée par des canaux 14 en forme de perçages 14 ' à la gorge 8 pour faire passer l'air et s'oppose ainsi à la force d'application Cela réduit la force de réglage nécessaire pour régler le volet de tuyère 1 '. La gorge 8 est réalisée comme rainure rectangulaire 8 ' correspondant à la forme de la section du longeron d'étanchéité 7; cette rainure reçoit le longeron d'étanchéité 7, de façon mobile pour compenser les dilatations. La figure 3 montre un longeron d'étanchéité 7 de section rectangulaire, identique, ainsi qu'une rainure de décharge 13 comme décrit précédemment Le longeron d'étanchéité 7 est guidé de façon protégée dans une rainure 8 ' en forme de V, ouverte vers la paroi latérale 3 ' et qui est guidée de manière flottante dans le courant d'air; les surfaces des flans 11 de la rainure 8 ' sont parallèles aux surfaces latérales des deux branches identiques du longeron d'étanchéité 7. La figure 4 montre un longeron d'étanchéité tubulaire 7 à section circulaire qui est placé dans une gorge 8 avec une découpe semicirculaire, ouverte en direction de la paroi latérale 3 ' Pour permettre des mouvements de compensation des longerons d'étanchéité 7 en direction de la paroi latérale 3 ', deux surfaces de flans parallèles prolongent la découpe ( 1 la, llb). La figure 5 montre une combinaison d'un longeron d'étanchéité 7 de section rectangulaire et de section en arc de cercle; le longeron d'étanchéité 7 est muni, du côté de la paroi latérale, d'un prolongement circulaire contre lequel s'applique la surface d'étanchéité 7. R E V E N D I C A T I O N S le) Dispositif pour assurer l'étanchéité d'une fente entre deux composants mobiles l'un par rapport à l'autre, un longeron d'étanchéité étant prévu entre les deux composants, transversalement à la direction de déplacement, et s'appuie de manière étanche pour la fente contre une surface d'étanchéité du premier composant, dispositif caractérisé en ce que le longeron d'étanchéité ( 7) est guidé de manière flottante dans une fente ( 8) du second composant ( 1), ce fluide s'écoulant de tous côtés entre la fente et le longeron d'étanchéité ( 7), en étant guidé de manière mobile et est pressé par le fluide contre le premier composant ( 3) et le fluide est conduit à travers des canaux d'alimentation ( 10) du second composant ( 1) dans la gorge ( 8) dans lequel la pression de fonctionnement de fluide est supérieure à la pression environnante des composants ( 1, 3). ) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la gorge ( 8) comporte une rainure ( 8) en forme de V, ouverte en direction du premier composant ( 3) et le longeron d'étanchéité ( 7) présente une forme de section transversale triangulaire, une surface latérale ( 12) du longeron d'étanchéité ( 7) opposée à la rainure ( 8 ') étant appliquée contre la surface d'étanchéité ( 9). ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le longeron d'étanchéité ( 7) présente une forme de section rectangulaire et est placé à la manière d'une rainure entre deux surfaces de flans parallèles (la, b), et une surface latérale ( 12) applique le longeron d'étanchéité ( 7) contre la surface d'étanchéité ( 9). 4) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le longeron d'étanchéité ( 7) comporte une section rectangulaire terminée par un prolongement arrondi, le prolongement touchant la surface d'étanchéité ( 9) opposée à la gorge ( 8) et le longeron d'étanchéité ( 7) est placé à la manière d'une rainure entre deux surfaces de flans (lia, llb), parallèles. ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le longeron d'étanchéité ( 7) présente une section de forme circulaire. 60) Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le longeron d'étanchéité ( 7) est muni, du côté des surfaces d'étanchéité, d'une rainure de décharge ( 13) qui s'étend dans la direction longitudinale du longeron d'étanchéité ( 7), cette rainure communiquant par des canaux ( 14) avec la gorge ( 8) pour évacuer le fluide. 7) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le longeron d'étanchéité ( 7) est segmenté. 8) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le longeron d'étanchéité ( 7) est flexible. ) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le second composant ( 1) est muni de canaux de refroidissement ( 16) qui communiquent de manière à conduire le fluide avec les canaux d'alimentation ( 10) et le fluide est un fluide caloporteur. ) Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que le fluide de refroidissement est fourni au compresseur ( 18) d'une turbine à gaz ( 19) par des conduites de liaison ( 17) pour alimenter les canaux de refroidissement ( 16). 11 i) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le premier composant ( 3) est une paroi latérale ( 3 ') d'une tuyère de poussée ( 2). 12 ) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le second composant ( 1) est une tuyère réglable ( 1 ') avec une tuyère de poussée ( 2).