Brevet FR2720443A1 — publié le 19951201

Joint d'étanchéité à l'huile pour turbine à gaz La présente invention concerne les turbines à gaz en général et, plus particulièrement, une conception améliorée de joint d'étanchéité à l'huile destiné à un palier de turbine. Les paliers principaux qui soutiennent le rotor d'une turbine à gaz aux extrémités opposées de la turbine sont sujets aux fuites d'huile, en particulier à basse vitesse lors du démarrage et de l'arrêt. Ces paliers sont d'ordinaire enfermés dans des carters de palier en deux parties auxquelles sont incorporés des joints d'étanchéité annulaires, en deux parties, aussi bien à l'avant qu'à l'arrière du palier lui- même. De grands volumes d'huile sont envoyés aux paliers lors du démarrage et pendant le fonctionnement normal. On utilise l'air d'extraction pour mettre sous pression les joints aux vitesses de fonctionnement normales et pour empêcher les fuite d'huile, mais cet air n'est pas disponible pendant le démarrage et l'arrêt. On a essayé de résoudre le problème des fuites d'huile en réalisant des gorges sur les côtés opposés de l'une des moitié du carter de palier. Ces gorges sont destinées à enfermer plus ou moins le palier lui-même et à empêcher l'huile de fuir du palier par le joint horizontal le long des surfaces appariées des moitiés de carter. Des unités évaluées après cette modification présentent néanmoins toujours des fuites d'huile. Le principal objectif de la présente invention est donc d'empêcher les fuites d'huile dans les paliers de turbines à gaz et d'éviter les démontages et les retards de transport coûteux qui en découlent. Dans un exemple de forme de réalisation de la présente invention, les joints de palier en deux parties situés à l'avant et à l'arrière du palier lui-même comportent chacun des paires de gorges alignées au niveau des interfaces horizontales de jonction entre les segments formant moitiés de joints. En d'autres termes, les segments formant moitiés appariées de chaque joint (couvrant chacun 180 ) portent des gorges sur les côtés diamétralement opposés du segment de sorte que chaque joint annulaire comporte quatre gorges qui se combi- nent pour former deux canaux à huile. Ces gorges ou canaux sont situés axialement entre deux groupes de dents d'étanchéité du rotor et servent à canaliser l'huile qui fuit au-delà du premier groupe de dents d'étanchéité du rotor pour venir dans une cavité périphérique du joint conduisant à un orifice de drainage dans le carter du palier. L'huile s'en va ensuite vers un réservoir proche du carter de palier o elle est filtrée, refroidie et renvoyée au palier. Cette fonction de canalisation de l'huile des gorges de la présente invention est particulièrement utile aux faibles vitesses de la turbine constatées lors du démarrage et de l'arrêt. Les canaux formés par les gorges ont un autre but cependant, lorsque la turbine fonctionne à vitesse normale. Comme les joints de palier sont mis sous pression, de l'air sous pression va s'écouler à travers ces canaux, de la partie radialement intérieure du joint à la partie radialement extérieure du joint, créant ainsi un barrage d'air qui empêche l'huile de s'infiltrer à travers l'interface horizontale du joint, de traverser les canaux et de fuir le long de l'interface horizontale entre les moitiés du carter. Grâce à cette disposition, on rend minimales, voire supprime totalement, les fuites d'huile provoquées par les joints d'étanchéité dans les carters de paliers des turbines à gaz. Dans ses aspects les plus larges, la présente invention concerne donc un joint d'étanchéité annulaire pour un carter de palier de rotor de turbine, qui comprend une paire de segments formant moitiés, chaque segment s'étendant sensiblement sur 180 et étant apte à se loger dans des cavités de logement de joint correspondantes situées dans une partie formant moitié du carter, chaque segment ayant une paire de surfaces d'interface sensiblement horizontales sur ses côtés diamétralement opposés, chaque surface comportant une gorge formée pour s'étendre dans l'épaisseur radiale du segment. Suivant un autre aspect, la présente invention concerne un carter de palier de rotor composé de deux parties formant moitiés et aptes à être réunies au niveau de surfaces d'appariement des moitiés, dans lequel chaque moitié contient une cavité de logement de palier flanquée de chaque côté d'une cavité de logement de joint d'étanchéité, et une paire de joints de palier annulaires, comprenant chacune une paire de segments formant moitiés, chaque segment étant apte à se loger dans une cavité de logement de joint correspondante d'une moitié du carter, chaque segment ayant une paire de surfaces d'interface sensiblement horizontales sur ses côtés diamétralement opposés, l'amélioration de l'invention consistant en ce qu'une gorge est formée sur chaque surface d'interface, en s'étendant dans l'épaisseur radiale du segment, de sorte que les gorges opposées dans des surfaces d'interface opposées d'un joint annulaire se combinent pour former une paire de canaux à huile. La présente invention propose donc un joint d'étanchéité annulaire pour un carter de palier qui comprend une paire de segments, chaque segment pouvant être reçu dans une cavité de loge- ment de joint correspondante d'une moitié du carter, chaque segment ayant une paire de surfaces d'interface sensiblement planes sur ses côtés diamétralement opposés, chaque surface comportant une gorge qui s'étend dans l'épaisseur radiale du segment. Chaque segment comporte des dents d'étanchéité espacées axialement, tournées radialement vers l'intérieur, et ladite gorge a une extrémité située entre ces dents d'étanchéité espacées axialement. Chaque segment comporte une cavité tournée radialement vers l'extérieur dans sa surface périphérique extérieure et ladite gorge a une autre extrémité qui communique avec cette cavité. Ladite gorge est inclinée dans une direction allant de l'avant à l'arrière du carter de palier. Ladite gorge a de préférence une profondeur de 3 mm (0,188 pouce) environ et une largeur de 2,38 mm (0,094 pouce) environ. La présente invention propose aussi un carter de palier de rotor qui comprend des moitiés de carter aptes à être réunies au niveau de surfaces d'appariement, dans lequel chaque moitié comporte une cavité de logement de palier flanquée de chaque côté d'une cavité de logement de joint d'étanchéité, et une paire de joints d'étanchéité annulaires comprenant chacun une paire de segments formant moitiés, chaque segment étant apte à se loger dans une cavité de logement de joint correspondante d'une moitié du carter, chaque segment ayant une paire de surfaces d'interface sensiblement planes en ses côtés opposés, caractérisé en ce qu'il comprend une gorge formée dans chaque surface d'interface, s'étendant dans l'épaisseur radiale du segment, de sorte que des gorges opposées dans des surfaces d'interface opposées se combinent pour former une paire de canaux à huile dans chaque joint de palier. D'autres objets et avantages de la présente invention apparaî- tront plus clairement à la lecture de la description détaillée suivante, prise en liaison avec les dessins d'accompagnement, dans lesquels: la figure 1 est une vue en plan d'une moitié de carter de palier classique, qui comporte un joint de palier conforme à la présen- te invention, la figure 2 est une vue de bout inversée de la moitié de carter de palier représentée à la figure 1, la figure 3 est une vue en coupe prise suivant la ligne 3-3 de la figure 2, la figure 4 est une vue de bout, partiellement écorchée, d'un joint de palier conforme à la présente invention, la figure 5 est une coupe droite détaillée du joint de palier représenté à la figure 3, et la figure 6 est une coupe partielle prise suivant la ligne 5-5 de la figure 4. Si on se rapporte aux figures 1 à 3, on voit représentée une moitié 10 de carter de palier et, plus précisément, l'intérieur de la moitié supérieure du carter de palier. Cette moitié 10 de carter de palier est conçue pour venir en contact d'appariement avec une moitié inférieure de carter de palier (non représentée) qui lui est semblable, qui vient reposer contre la surface d'interface 12, horizontale et plate, et qui lui est fixée de manière classique afin d'enfermer entièrement un palier par ailleurs classique. La moitié 10 de carter de palier comporte une cavité 14 de logement de palier, large et située de manière centrale, flanquée sur les extrémités avant et arrière F et A de cavités 16 et 18 de logement de joint de palier. La figure 1 montre également la présence de gorges et 22 formées sur les côtés opposés de la moitié de palier, qui entourent partiellement la cavité 14 de logement du palier. Ces gorges font partie d'un essai antérieur pour résoudre les problèmes de fuites d'huile, basé sur la notion que c'est le palier lui-même qui perd de lhuile. Il a été déterminé d'après la présente invention que les fuites dl'huile au niveau du palier lui-même ne sont pas un problème contrai- rement aux fuites se produisant à l'interface des segments formant moitiés de joint d'étanchéité du palier. Plus précisément, et en référen- ce aux figures 4 à 6, le joint de palier métallique 24 de la présente invention est également fait de segments 26 et 28 formant moitiés supérieure et inférieure qui sont aptes à être réunis le long de surfaces d'interface 30 et 32 horizontales. La construction du joint d'étanchéité sera peut-être mieux comprise si on considère la figure 5 qui montre de manière détaillée le profil en coupe droite du joint d'étanchéité (qui n'est montré que de manière globale à la figure 4). On comprendra qu'un joint d'étanchéité image miroir de celui-ci (non représenté) est utilisé à l'extrémité arrière A du carter 10, pour être logé dans une cavité 18 et une cavité similaire dans la moitié inférieure du carter de palier. Seul le joint 24 va être décrit ici. Plus particulièrement, la partie inférieure 28 du joint comporte sur son côté radialement in- térieur deux groupes de dents d'étanchéité 34 et 36 en métal qui font face radialement vers l'intérieur, c'est-à-dire vers le rotor (non repré- senté). Ces deux groupes de dents d'étanchéité sont séparés par une ca- vité 38 tournée radialement vers l'intérieur et s'étendant de manière annulaire sur toute la moitié du joint d'étanchéité. L'extrémité tournée vers l'avant du joint d'étanchéité compor- te une cavité 40 sensiblement en forme de U tandis que le côté droit ou côté tourné radialement vers l'extérieur du joint d'étanchéité comporte une cavité 42 en forme de C, située globalement adjacente radialement au second groupe de dents d'étanchéité 36. Le côté arrière du joint comporte une partie 44 faisant saillie dans le sens axial. L'observation de la figure 1 montre en outre la façon dont la moitié de joint 26 est logée dans la cavité 16 de logement du joint, de forme globalement complémentaire, de la moitié 10 de carter de palier. D'après la présente invention, une gorge inclinée 46 est usinée dans le segment de joint 28, et plus précisément dans la surface 32 de jonction horizontale, en s'étendant de la cavité 38 située radiale- ment à l'intérieur à la cavité 42 située radialement à l'extérieur. Une gorge similaire est formée sur le côté opposé de la moitié de joint 28 et des gorges complémentaires appariées sont également formées dans les surfaces horizontales de jonction 30 du segment 26 formant moitié inférieure du joint d'étanchéité. Dans un exemple de forme de réalisa- tion, la gorge 46 peut avoir une profondeur de 3 0,5 mm (0,118 0, 020 pouces) et une largeur de 2,38 0,25 mm (0,094 0,010 pouces). Quand les segments 26, 28 formant moitiés de joint d'étanchéité sont réunis (comme représenté sur le côté gauche de la figure 4) pour former un joint d'étanchéité annulaire, les gorges appariées 46 forment deux canaux à huile sur les côtés diamétralement opposés du joint 24, dans les surface 30 et 32 d'interface ou de jonction. Comme on l'a déjà dit, aux faibles vitesses telles que celles observées lors du démarrage ou de l'arrêt, l'huile qui fuit au-delà du premier groupe de dents d'étanchéité 36 va s'écouler dans l'un des canaux ou dans les deux canaux formés par les paires alignées de gorges 46 et, de là, dans la cavité périphérique 42 qui s'ouvre dans la cavité 16 de logement de joint du carter. La partie la plus basse de la cavité 42 communique avec un orifice de drainage dans la cavité 16 qui transfère l'huile du carter de palier à un réservoir proche du palier, placé de préférence sur un socle qui supporte aussi l'extrémité adjacente de la turbine. Là, l'huile est filtrée, refroidie puis renvoyée au carter de palier. Comme on l'a déjà dit aussi, les joints de palier sont mis sous pression aux vitesses normales de fonctionnement de sorte que de l'air sous pression traverse les gorges 46> du côté radialement intérieur du joint au côté radialement extérieur du joint. Ceci crée effectivement un barrage d'air dans le joint, empêchant ainsi que l'huile ne coule le long des surfaces horizontales de jonction 30, 32 et ne saute ou traverse les gorges appariées 46. De cette manière, toute l'huile qui dépasse le premier groupe de dents d'étanchéité 36 est empêchée de s'échapper par les interfaces des moitiés de joints et ensuite entre les moitiés de carter de palier. Bien que la présente invention ait été décrite en liaison avec ce qui est actuellement considéré comme le mode de réalisation le plus pratique et préféré, il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et que des variantes ou des modifications peuvent y être apportées dans le cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Joint d'étanchéité annulaire pour un carter de palier, caractérisé en ce qu'il comprend une paire de segments (26, 28), cha- que segment pouvant être reçu dans une cavité de logement de joint correspondante (16, 18) d'une moitié du carter, chaque segment ayant une paire de surfaces d'interface (30, 32) sensiblement planes sur ses côtés diamétralement opposés, chaque surface comportant une gorge (46) qui s'étend dans l'épaisseur radiale du segment. 2. Joint d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque segment comporte des dents d'étanchéité (34, 36) espa- cées axialement et tournées radialement vers l'intérieur, et en ce que ladite gorge a une extrémité située entre lesdites dents d'étanchéité espacées axialement. 3. Joint d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque segment comporte dans sa surface périphérique exté- rieure une cavité (42) tournée radialement vers l'extérieur et en ce que ladite gorge a une autre extrémité qui communique avec ladite cavité. 4. Joint d'étanchéité selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite gorge est inclinée dans une direction allant de l'avant à l'arrière du carter de palier. 5. Joint d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite gorge a une profondeur de 3 mm environ (0,188 pouce) et une largeur de 2,38 mm (0,094 pouce) environ. 6. Carter de palier de rotor qui comprend des moitiés de carter aptes à être réunies au niveau de surfaces d'appariement, dans lequel chaque moitié comporte une cavité (14) de logement de palier flanquée de chaque côté d'une cavité de logement de joint d'étanchéité, et une paire de joints d'étanchéité annulaires comprenant chacun une paire de segments formant moitiés, chaque segment étant apte à se loger dans une cavité de logement de joint correspondante d'une moitié de carter, chaque segment ayant une paire de surfaces d'interface sensiblement planes en ses côtés opposés, caractérisé en ce qu'il comprend une gorge formée dans chaque surface d'interface, s'étendant dans l'épaisseur radiale du segment, de sorte que des gorges opposées dans des surfaces d'interface opposées se combinent pour former une paire de canaux à huile dans chaque joint de palier. 7. Carter de palier de rotor selon la revendication 6, caracté- risé en ce que chaque segment comporte des dents d'étanchéité espacées axialement, tournées radialement vers l'intérieur, et en ce que ladite gorge a une extrémité située entre lesdites dents d'étanchéité espacées axialement. 8. Carter de palier de rotor selon la revendication 6, caracté- risé en ce que chaque segment comporte une cavité tournée radiale- ment vers l'extérieur dans sa surface périphérique extérieure et en ce que ladite gorge a une autre extrémité qui communique avec ladite cavité. 9. Carter de palier de rotor selon la revendication 6, caracté- risé en ce que ladite gorge est inclinée dans une direction allant de l'avant à l'arrière du carter de palier. 10. Carter de palier de rotor selon la revendication 8, caracté- risé en ce que l'une desdites moitiés comporte un orifice de drainage qui communique avec ladite cavité. 11. Carter de palier de rotor selon la revendication 6, caracté- risé en ce que ladite gorge a une profondeur de 3 mm (0,188 pouce) environ et une largeur de 2,38 mm (0,094 pouce) environ.