Brevet FR2675560A1 — publié le 19921023

Garniture d'étanchéité pour arbre rotatif La présente invention concerne une garniture d'étanchéité pour arbre rotatif. Dans de nombreuses machines tournantes et plus particulièrement dans les turbomachines telles que les turbines, les compresseurs, les pompes,.... la pression varie le long de l'arbre et on est donc amené à réaliser des dispositifs d'étanchéité d'arbre entre les différents étages ou chambres qui sont à des niveaux de pression différente les unes des autres, de façon à minimiser les pertes par fuite. Diverses dispositions connues sont utilisées telles que des garnitures d'étanchéité à léchettes, à matériau abradable, ou à support escamotable. Dans tous les cas, il existe un jeu minimal qui est de l'ordre de quelques dixièmes de millimètre et dépend de l'amplitude des vibrations du rotor mais aussi des déplacements relatifs pouvant se produire entre le stator et le rotor et qui sont liés à des régimes transitoires de fonctionnement. C'est le cas par exemple au moment du passage des vitesses critiques. Dans le cas de garniture à léchettes, ce jeu existe dès l'origine à la construction. Dans le cas d'une garniture à matériau abradable, il se forme au cours de la rotation de la machine. Enfin, dans le cas d'une garniture à support escamotable, le jeu existe toujours mais, en cas de déplacement accidentel plus important que le jeu prévu, la garniture peut se rétracter légèrement évitant ainsi de trop grosses avaries. Ainsi, l'invention a pour objet un système d'étanchéité pour arbre rotatif d'un rotor monté dans un stator, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins une tôle en forme de disque comportant un évidement circulaire coaxial de diamètre sensiblement égal à celui dudit arbre rotatif, ladite tôle comportant une pluralité de découpes régulièrement réparties, faites à partir dudit évidement circulaire, chaque découpe étant telle que la matière restante entre deux découpes consécutives forme une espèce de patin flottant suspendu par un bras flexible qui relie le patin à la partie périphérique du disque, ledit disque étant monté dans un anneau support. Selon une réalisation particulière, le bras de chaque patin a une direction sensiblement perpendiculaire à un plan radial passant par l'axe du patin. On va maintenant donner la description d'un exemple de mise en oeuvre de l'invention en se référant au dessin annexé dans lequel La figure 1 représente un disque d'étanchéité selon l'invention. La figure 2 représente schématiquement et très partiellement une turbine dans laquelle un système d'étanchéité selon l'invention est placé entre deux roues consécutives de la turbine. En se référant à la figure 1, on voit une tôle en forme de disque circulaire 1 comportant un évidement circulaire coaxial 2. A partir de cet évidement 2, sont pratiquées des découpes 3. Ces découpes ajourent le disque 1 et ne laissent subsister, dans la partie interne du disque, en regard de l'évidement 2, qu'une suite de portions 4, constituant des espèces de patins "flottants" reliés à la périphérie non ajourée 5 du disque, par des bras flexibles 6. Chaque découpe 3 aboutit à l'évidement interne 2 par un étroit canal 7 séparant deux patins 4 consécutifs. Les découpes 3 et les patins 4 sont régulièrement répartis et sont au nombre de douze dans l'exemple représenté. Les canaux 7 sont très étroits et ne dépassent pas 0,3 mm de largeur. Le disque 1 comporte, sur sa périphérie extérieure, une encoche 8. Cette encoche sert au maintien du disque dans son support comme on va le voir maintenant en se référant à la figure 2. Cette figure représente très schématiquement et très partiellement une turbine dont on voit une partie de l'arbre 9 et deux roues rotoriques 10 et 11 porteuses d'aubes non représentées. Entre ces deux roues 10 et 11 est située une partie statorique 12 portant également des aubes, non représentées, fixes. Dans cet exemple, le fluide moteur est censé circuler dans le sens de la flèche F, de telle sorte que sa pression est décroissante de la gauche vers la droite de la figure. Le disque d'étanchéité de la figure 1 est placé dans la partie statorique 12 entre les deux roues rotoriques 10 et 11. Dans le système représenté, le dispositif d'étanchéité est doublé, comme on peut le voir sur la figure. Ceci n'est pas une nécessité, de même qu'il pourrait également y avoir plus de deux dispositifs consécutifs. Ici, les deux disques 1 sont montés dans un anneau support 13 en trois parties 13A, 13B, 13C, montées et assemblées dans le stator 12. Les deux disques 1 sont arrêtés en rotation à l'intérieur de l'anneau support 13 au moyen d'une broche 14 passant dans l'encoche 8 des disques. La broche 14 passe avec jeu dans l'encoche 8 de chaque disque 1 de telle sorte que ceux-ci ont une légère liberté radiale de mouvement permettant de légers déplacements relatifs de l'arbre par rapport au stator, notamment au moment du passage des vitesses critiques. Entre l'arbre et les disques, le jeu est très faible et de l'ordre du de 100 millimètre. Dans l'exemple décrit, on a représenté deux dispositifs successifs d'étanchéité, chacun constitué d'un seul disque 1. On pourrait également, pour chaque dispositif, associer plusieurs disques accolés. Le dispositif de l'invention, par une raideur radiale relativement faible des patins flexibles, permet de supporter les mouvements vibratoires de l'arbre. En outre, des essais ont montré qu'une étanchéité constituée d'un seul dispositif avec un seul disque donnait de très bons résultats. En effet, par un P de 2 bars à 3000 tours/minute, on a obtenu un débit de fuite de 22 grammes par seconde à comparer à un circuit de fuite de 70 g/s pour un système classique d'étanchéité à léchettes comprenant quatre léchettes. REVENDICATIONS 1/ Système d'étanchéité pour arbre rotatif (9) d'un rotor (10, 11) monté dans un stator (12), caractérisé par le fait qu'il comprend au moins une tôle (1) en forme de disque comportant un évidement circulaire (2) coaxial de diamètre sensiblement égal à celui dudit arbre rotatif, ladite tôle comportant une pluralité de découpes (3) régulièrement réparties, faites à partir dudit évidement circulaire, chaque découpe (3) étant telle que la matière restante entre deux découpes consécutives forme une espèce de patin (4) flottant, suspendu par un bras flexible (6) qui relie le patin (4) à la partie périphérique (5) du disque, ledit disque étant monté dans un anneau support (13). 2/ Système d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit bras (6) de chaque patin (4) a une direction sensiblement perpendiculaire à un plan radial passant par l'axe du patin. 3/ Système d'étanchéité selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le jeu séparant deux patins consécutifs n'est pas supérieur à 0,3 mm et le jeu entre l'arbre et le disque étant de l'ordre du centième de millimètre. 4/ Système d'étanchéité selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit disque (1) est monté dans ledit anneau support (13) avec une légère liberté radiale de mouvement.