Brevet FR2724413A1 — publié le 19960315

" Revêtement de démarrage pour le boîtier d'une turboma- chine et procédé de mise en oeuvre du revêtement " L'invention concerne un revêtement de démarrage pour le boîtier d'une turbomachine appliqué comme tapis an- nulaire à la périphérie du carter, en regard des pales d'un rotor de turbomachine, avec un support contenant des fibres céramiques, les extrémités libres des fibres étant dirigées radialement vers l'intérieur en saillie du support ainsi qu'un procédé de fabrication d'un tel revêtement. Les revêtements de démarrage se trouvent entre les extrémités libres des pales de rotor et un carter de compresseur ou d'une turbine dans une turbomachine. Les re- vêtements de démarrage sont exposés à des contraintes ca- ractéristiques élevées pendant le fonctionnement des moteurs. La présente invention a pour but de créer un revêtement de démarrage pour turbomachine, qui soit peu coûteux, simple à fabriquer, efficace et présente une fai- ble usure. L'invention a également pour but de créer un procédé de montage de tels revêtements de démarrage pour des turbomachines. A cet effet, l'invention concerne un revêtement correspondant au type défini ci-dessus, caractérisé en ce que le support est une nappe tissée en SiC avec des cordons se croisant essentiellement à l'équerre et les fibres céra- miques entourent chaque fois les deux cordons de tissage qui se croisent, au niveau des noeuds, en formant une bou- cle. L'invention concerne également un procédé pour la mise en oeuvre de tels revêtements pour turbomachines, ce procé- dé étant caractérisé en ce que: a) on place des faisceaux de fibres dans un support pour que les extrémités libres (10) des faisceaux de fibres soient dirigés radialement vers l'intérieur, b) on fixe les faisceaux de fibres dans le support, c) on fixe le support dans le carter (1). Le revêtement de démarrage selon l'invention pour turbomachine peut se préfabriquer avec des éléments simples et peu coûteux tels qu'un support et des faisceaux de fibres formés de boucles de SiC, à l'extérieur du carter de la turbomachine; puis, on fixe ces éléments dans le carter. L'alignement des extrémités des fibres des fais- ceaux sur les pales conduit à une étanchéité efficace des pales sans gêner de manière significative leur rotation. Le revêtement de démarrage selon l'invention pour turbomachine est très résistant à l'usure. Le document plus ancien DE 43 10 104 A1 décrit un revêtement pour la face intérieure d'un carter de turbo- machine qui est réalisé sous la forme d'un tapis annulaire à la périphérie par rapport aux pales d'un rotor. Selon la publication antérieure DE 36 06 283 Ai, on connaît un joint à balai pour assurer l'étanchéité des intervalles périphé- riques; ce joint est formé de fibres de carbure de sili- cium et le matériau des brosses est constitué par des fibres en céramique. Ce document ne donne aucune indication concernant un revêtement de démarrage réalisé complètement avec de la matière céramique ainsi que la structure d'un tel revêtement permettant une fabrication avec des moyens réduits. Selon un développement avantageux de l'inven- tion, pour améliorer la mise en place et la durée de vie du revêtement pour des turbomachines, le carter de la turboma- chine est muni d'une ou plusieurs rainures périphériques. Le montage du revêtement de démarrage selon l'invention en une pièce ou par morceaux permet de tenir compte des conditions spécifiques à la turbomachine. L'invention concerne également un procédé de fabrication de revêtement de démarrage de turbomachine, permettant de réaliser le revêtement de démarrage selon l'invention pour les turbomachines, d'une manière particu- lièrement avantageuse dans le carter des turbomachines. La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'exemples de réalisation représentés aux dessins dans lesquels: - la figure 1 est une coupe transversale d'un revêtement de démarrage équipant un carter de turbomachine, - la figure 2 est une vue d'un support avec des faisceaux de fibres. Selon la figure 1, un revêtement de démarrage de turbomachine est prévu dans un carter 1 d'une turboma- chine (non représentée), comportant une rainure 2 usinée dans la direction périphérique. Une pale mobile 3 tourne autour de l'axe longitudinal (non représenté) de la turbo- machine. La rainure 2 est munie d'une couche 4 munie d'une isolation thermique en ZrO2 (dioxyde de zirconium) projetée. La couche 4 peut avoir une épaisseur d'environ 0,7 cm. Des faisceaux de fibres 5 formés par des boucles de SiC, ou carbure de zirconium avec ou sans noyau ou avec des fibres de matière synthétique avec boucles 6, suivant les exigences de température, sont appliqués contre la couche 4. Les boucles 6 des faisceaux de fibres 5 sont maintenues dans la rainure 2 par un support 7. Le support 7 est un ta- mis en métal comme par exemple en X-10 ou en Inconel R ou encore une nappe tissée en SiC. On peut également prévoir des structures en nids d'abeilles (non représentés). Le support 7 est intégré dans une couche 8 avec de la colle, par exemple une colle céramique compatible avec la couche projetée de ZrO2 ou encore une poudre métal- lique frittée ou de la matière plastique. La couche 8 est adjacente à une couche 9 du support 7. L'épaisseur des cou- ches 4, des boucles 6 des faisceaux de fibres 5, des cou- ches 8 et 9 correspond globalement à environ 1,5 cm. Les extrémités libres 10 des faisceaux de fi- bres 5 sont alignées sur l'axe longitudinal de la turboma- chine et dépassent de 0,7 cm de la couche 9 pour arriver jusqu'au profil 11 de la rainure 2. Les extrémités libres des faisceaux de fibres 5 ne comportent pas de colle ni de poudre métallique frittée ni de matière plastique et as- surent l'étanchéité des aubes mobiles 3 par rapport au car- ter 1. Procédé de montage des revêtements de démarrage de turbomachines: A la figure 2, on a utilisé les mêmes référen- ces qu'à la figure 1 pour désigner les mêmes éléments. Le support 7 forme tout d'abord une nappe plane 13 en bande, dans laquelle sont intégrés des faisceaux de fibres 5 for- més par des boucles de SiC. Les cordons 12 de la nappe 13 se croisent à angle droit au niveau des noeuds 14. Chaque fois deux extrémités libres 10 des faisceaux de fibres 5 sont reliées à une boucle 6 qui s'appuie en l'un des noeuds 14 de chaque fois deux cordons 12 de la nappe 13. Les fais- ceaux de fibres 5 se croisent au noeud 14. Le support 7 est revêtu de colle céramique sur le côté sur lequel se trou- vent les boucles 6 des faisceaux de fibres 5 et est collé dans la rainure 2 du boîtier 1 sur la couche 4 de ZrO2 déjà mise en place; la nappe 13 épouse ainsi la forme cylindri- que du carter au boîtier 1 et le support 7 et les faisceaux de fibres 5 forment un tapis annulaire d'épaisseur nini- male. En variante, on peut donner une forme annulaire à la nappe plane 13 puis la fritter sous la forme de deux demi- anneaux ou de segments cintrés (non représentés). Les seg- ments peuvent alors être soudés ou collés séparément sur la couche 4 de ZrO2 déjà projetée dans la rainure 2 du carter 1. Les liants céramique peuvent contenir de préfé- rence un silicate d'Al, un silicate de Mg, un silicate de K, un silicate de Na ou, pour 1400 C, du phosphate de Cr, pour 1200 C, du phosphate d'Al, pour 350 C, du phosphate de Mg qui, à des fins de durcissement, peut être combiné avec SiO2. On peut également envisager des liants organiques comme par exemple des alkyle-silicates. On peut pigmenter au choix avec Cr203, A1203, ZrO2, de l'oxyde de Mg, Fe203, ou des silicates, des bentones ou de la cadinène. R E V E N D I CATIONS 1) Revêtement pour le carter (1) d'une turboma- chine, appliqué comme tapis annulaire à la périphérie du carter, en regard des pales (3) d'un rotor de turbomachine, avec un support contenant des fibres céramiques, les extré- mités libres (10) des fibres étant dirigées radialement vers l'intérieur en saillie du support, caractérisé en ce que le support est une nappe tissée en SiC avec des cordons se croisant essentiellement à l'équerre et les fibres céra- miques entourent chaque fois les deux cordons de tissage qui se croisent, au niveau des noeuds, en formant une bou- cle (6). 2) Revêtement de démarrage pour turbomachine selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tapis annulaire est fixé dans une ou plusieurs rainures (2) dans la direction périphérique du carter (1). 3) Revêtement de démarrage pour turbomachine selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tapis annulaire est composé de segments répartis régulièrement à la périphérie du carter (1). 4) Revêtement de démarrage pour turbomachine selon la revendication 1, caractérisé en ce que le carter (1) comporte une structure en nids d'abeilles. ) Procédé de fabrication d'un revêtement de démarrage pour le carter d'une turbomachine selon la reven- dication 1, réalisé globalement comme tapis annulaire placé dans le carter avec des fibres en saillie radialement vers l'intérieur, procédé caractérisé en ce que: a) on place des faisceaux de fibres (5) dans un support (7) pour que les extrémités libres (10) des faisceaux de fi- bres (5) soient dirigés radialement vers l'intérieur, b) on fixe les faisceaux de fibres (5) dans le support (7), c) on fixe le support (7) dans le carter (1). 6) Procédé de fabrication d'un revêtement de démarrage pour des turbomachines selon la revendication 5, caractérisé en ce que la fixation des faisceaux de fibres (5) dans le support (7) se fait par collage, frittage dans une poudre métallique ou intégration dans de la matière plastique. 7) Procédé de fabrication d'un revêtement de démarrage pour des turbomachines selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'avant de fixer le support (1) avec les faisceaux de fibres (7) on projette une couche (5) d'un agent d'isolation thermique en ZrO2 sur le carter (1). 8) Procédé de montage de revêtement de démar- rage de turbomachine selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on place les faisceaux de fibres (5) dans un sup- port (7) qui se présente tout d'abord comme une nappe plane, les extrémités libres (10) des faisceaux de fibres (5) étant dirigées dans une direction, on fixe les fais- ceaux de fibres (5) dans le support (7) et on fixe le sup- port (7) avec les faisceaux de fibres (5) dans le carter (1), les extrémités libres (10) des faisceaux de fibres étant dirigées radialement vers l'intérieur. 9) Procédé de montage de revêtement de démar- rage de turbomachine selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on fixe les faisceaux de fibres (5) dans le sup- port (7) par collage, frittage dans de la poudre métallique ou intégration dans de la matière plastique. 10) Procédé de montage de revêtement de démar- rage de turbomachine selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on fixe le support (7) et les faisceaux de fibres (5) dans un carter (1) par soudage ou collage. 11) Procédé de montage de revêtement de démar- rage de turbomachine selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'avant de fixer le support (7) avec les faisceaux de fibres (5) on projette une couche (7) de moyen d'isolation thermique en ZrO2 dans le carter (1).