Brevet FR2878007A1 — publié le 20060519

Domaine de l'invention La présente invention concerne une installation d'étanchéité notamment pour le palier lubrifié à l'arrêt d'un arbre de rotor assurant l'étanchéité du boîtier de palier pour l'agent lubrifiant arrivant dans la direction axiale. L'invention concerne notamment une telle installation d'étanchéité pour un turbocompresseur de gaz d'échappement dont l'arbre de rotor arrive par une extrémité dans le carter de turbine en passant par un perçage du carter et porte un rotor de turbine, alors que l'autre extrémité arrive par un perçage de carter dans le carter du compresseur et porte le rotor de compresseur et, dans le dispositif de palier, côté carter de turbine pour l'arbre de rotor et/ou le dispositif de palier, côté carter de compresseur, ce ou ces carters de turbine et/ou de compresseur sont rendus étanches vis-à-vis de l'agent de lubrification arri- vant d'un carter de palier central entre le carter de turbine et le carter de compresseur dans le palier, côté carter du turbine et/ ou côté compresseur. De telles installations d'étanchéité, c'est-à-dire des étanchéités d'arbres du type défini ci-dessus, sont connues depuis long- temps et ont par exemple pour but d'éviter que notamment les gaz d'échappement du carter de turbine arrivent par des points de fuite in- évitables ou des intervalles de palier, c'est-à-dire l'intervalle minimum entre le carter de palier ou le corps de palier et l'arbre dans le carter de palier et/ou qu'aux régimes élevés et sous l'effet des pressions de charge élevées, l'air aspiré ou dans le cas d'un moteur à gaz le mélange gaz-air ne passe du carter de compresseur à travers l'installation d'étanchéité côté compresseur dans le carter de palier. De plus, on souhaite également éviter qu'aux faibles pressions de charge et vitesses de rotation élevées, des mélanges air/gaz d'échappement contenant de l'huile ne passent du carter de palier respectif vers le carter de turbine et/ou de compresseur et alimentent le moteur à combustion interne. L'installation d'étanchéité peut être un joint labyrinthe ou un anneau de piston utilisé de cette manière. C'est ainsi que par exemple le document DE 25 13 582 C2 décrit un joint d'arbre logé dans un carter de joint d'arbre d'un turbocompresseur de gaz d'échappement installé entre la partie de carter de turbine pour la haute pression et la partie de carter de turbine pour la basse pression, en étant traversé axialement par un courant de fuite d'agent de travail (fluide). Ce joint d'arbre forme un labyrinthe avec des points d'étranglement successifs dans le sens de passage du fluide forçant le fluide à être dévié plusieurs fois. De façon connue, ce labyrinthe peut également se réaliser dans le carter de palier ou le corps de palier à l'aide de bagues de piston logées par exemple dans une rainure de l'arbre du rotor. De telles installations d'étanchéité ont jusqu'à présent l'inconvénient que pendant l'opération de pré-lubrification ou de post-lubrification, en particulier en liaison avec une aspiration (dépression) dans la chambre d'écoulement de la turbine ou du compresseur, l'huile de lubrification soit aspirée du carter de palier central. Cela peut se tra- duire par un dommage important voire une destruction totale du turbo- compresseur de gaz d'échappement. But de l'invention La présente invention a pour but de développer l'étanchéité de l'installation d'étanchéité du type défini ci-dessus, en particulier dans le cas d'un turbocompresseur de gaz d'échappement comportant un arbre de rotor et notamment lorsque l'arbre de rotor est à l'arrêt. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne une installation d'étanchéité du type défini ci-dessus, caractérisée en ce que l'arbre de rotor comporte un premier joint sous la forme d'un intervalle, d'un labyrinthe ou d'un anneau de piston et un second joint sous la forme d'un étroit intervalle ou d'un labyrinthe entre un canal de sortie d'huile s'étendant de façon annulaire autour de la périphérie de l'arbre de rotor, ce canal étant formé par une rainure de sortie d'huile du côté du boîtier et une rainure de réception d'huile du côté de l'arbre, installées dans la même position axiale, et le canal d'évacuation d'huile comporte une nervure d'étanchéité annulaire, venant en saillie dans la direction radiale de l'arbre de rotor et dont l'extrémité libre vient dans le canal annulaire de sortie d'huile, cette nervure d'étanchéité constituant une barrière à effet axial pour l'agent lubrifiant qui arrive dans le canal d'évacuation d'huile. L'invention permet d'éviter que précisément pendant l'opération de post ou de pré-lubrification, notamment en liaison avec une aspiration (dépression) de l'huile de graissage ne soit aspirée du carter de palier à travers le second joint par le canal de sortie d'huile jusqu'au premier joint. On améliore ainsi l'étanchéité vis-à-vis de l'huile, à l'arrêt, évitant toute fuite et dans les conditions de fonctionnement prévues. De façon particulièrement avantageuse, la nervure d'étanchéité est réalisée dans la rainure de sortie d'huile, côté arbre, dans l'arbre du rotor et sa hauteur de son extrémité dirigée radialement vers l'extérieur arrive au maximum au niveau du perçage de carter ou est plus courte. Mais la nervure d'étanchéité peut également être réali- sée dans la rainure de sortie d'huile, côté carter, et dans ce cas sa hauteur, jusqu'à son extrémité dirigée radialement vers l'intérieur, est au maximum alignée sur le perçage de carter ou légèrement en dessous. Il est en outre avantageux que le second joint soit réalisé sous la forme d'une paroi raccourcie délimitant la rainure de sortie d'huile, côté arbre, et dirigée radialement vers l'extérieur en se trouvant dans la même position axiale que la paroi délimitant la rainure de sortie d'huile, côté carter, et qui est prolongée radialement vers l'intérieur au-delà du perçage de carter, les deux parois laissant un intervalle de façon que l'extrémité libre de la nervure d'étanchéité couvre cet intervalle dans la direction radiale. Cela signifie que le perçage de carter a un diamètre plus faible au niveau de la position axiale du second joint que le diamètre de la nervure d'étanchéité formée sur l'arbre de rotor. Il est à remarquer qu'il importe peu que la nervure d'étanchéité des parois soit des composants distincts ou qu'il s'agisse de parties réalisées par un usinage au tour ou fraisées dans le carter ou l'arbre de rotor. Pour qu'avantageusement dans l'application à turbocompresseur de gaz d'échappement l'huile de lubrification passe dans la périphérie de la rainure annulaire de sortie d'huile et puisse être éva- cuée par une entaille dans le bas, le second joint est prévu dans la di- rection axiale entre le carter central du palier et le premier joint du dis-positif de palier, côté carter de turbine et/ou entre le carter de palier central et le premier joint du dispositif de palier, côté compresseur. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation d'un turbocompresseur de gaz d'échappement représenté dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une coupe axiale des parties principales d'un turbocompresseur de gaz d'échappement, et - la figure 2 est une vue du détail X de la figure 1 d'une installation d'étanchéité selon l'invention de l'arbre de rotor dans le dispositif de palier, côté carter de turbine. Description d'un mode de réalisation de l'invention Selon la figure 1, un turbocompresseur de gaz d'échappement comporte habituellement un carter de turbine 2 et un carter de compresseur 5 relié à celui-ci. Ces carters logent un arbre de rotor 1. Le carter de turbine 2 a un canal d'alimentation 28 sensible-ment annulaire pour les gaz d'échappement de façon à alimenter le rotor de turbine 4 avec les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne. L'arbre de rotor 1 entraîne de cette manière le rotor de compresseur 7 porté par l'autre extrémité de l'arbre 1. Ce rotor de compresseur 7 aspire l'air par un canal d'alimentation 28 qui l'entoure pour comprimer cet air et le refouler. L'arbre de rotor 1 traverse un perçage de carter 3 pour arriver dans le carter de turbine 2. Le rotor de turbine 4 est fixé à l'extrémité de l'arbre dans le carter de turbine. Un carter de palier 10, central ou intermédiaire, entre le carter de turbine 2 et le carter de compresseur 5, comporte en général les paliers 19, 20 de l'arbre de rotor 1 alimenté en agent lubrifiant en surpression par un ajutage vertical d'alimentation en huile 26 d'où partent des perçages de distribution d'huile 27. Pour éviter que cet agent lubrifiant n'arrive du carter de palier central 10 du fait du jeu de palier entre le corps de palier 19, le coussinet de palier 20 et l'arbre de rotor 1 jusque dans le carter de tur- bine 2, on utilise une installation d'étanchéité comme celle décrite ci- après à l'aide de la figure 2. Une installation d'étanchéité prévue par exemple dans le dispositif de palier, côté carter de turbine (une installation d'étanchéité pour le dispositif de palier, côté carter de compresseur, serait conçue de façon analogue) comprend un premier joint 11 et un second joint 12. Ces joints sont installés entre une paroi du carter de turbine 2 et un palier radial 19, 20 de l'arbre de rotor. Le palier radial comprend de façon connue un corps de palier 19 pour le carter de palier 10 central. Ce corps de palier est relié par un coussinet de palier 20 à l'arbre de rotor 1. Dans la direction axiale de l'arbre de rotor 1, entre le corps de palier 19 et le carter de turbine 2 il y a un volume intérieur 21 suivi en direction du carter de turbine 2 par le second joint 12 lui-même suivi par la rainure de sortie d'huile 13, côté carter. Cette rainure se développe avec une rainure de sortie d'huile 14, côté arbre, sous la forme d'un canal de sortie d'huile annulaire occupant toute la périphérie de l'arbre de rotor 1. Une nervure d'étanchéité 15, annulaire, arrivant librement par une extrémité dans le canal de sortie d'huile 13, 14, annulaire, et s'étendant dans la direction radiale de l'arbre de rotor 1, est prévue dans ce canal. Ensuite, à une certaine distance axiale, on a le premier joint 11 sous la forme d'une bague de piston 11 appliquée contre la paroi intérieure du perçage 3 du carter de turbine. La bague de piston 11 assurant l'étanchéité vis-à-vis d'un éventuel fluide est logée dans une rainure 18 de l'arbre de rotor 1 ou d'une pièce usinée au tour reliée à l'arbre. La nervure d'étanchéité 15 est formée dans la rainure de sortie d'huile 14, côté arbre, dans l'arbre de rotor 1, la hauteur de cette nervure jusqu'à son extrémité dirigée radialement vers l'extérieur est au maximum alignée sur le perçage 3 du carter de turbine 2 ou est légèrement inférieure à cette hauteur. La nervure d'étanchéité 15 pourrait également être pré-vue dans la rainure de sortie d'huile 13, côté carter, et la hauteur de son extrémité dirigée radialement vers l'intérieur pourrait arriver au maximum au niveau du perçage 3 du carter de turbine 2 ou être légèrement inférieure. Dans ce contexte on peut également envisager une nervure d'étanchéité respective dans la rainure de sortie d'huile du carter et celle du côté arbre, ces nervures coopérant dans la direction radiale en se chevauchant. Pour former le second joint d'étanchéité 12, la rainure de sortie d'huile 14, côté arbre, comporte une paroi 31 tournée vers le rotor de turbine 4 et dirigée radialement vers l'extérieur en étant réduite par rapport à l'alignement du perçage 3 du carter de turbine; la rainure de sortie d'huile 13, côté carter, comporte une paroi 32 non tournée vers le rotor de turbine 4 et dirigée radialement vers l'intérieur en étant allongée par rapport à l'alignement du perçage 3 du carter de turbine; les deux parois 31, 32 font entre elles un intervalle 33 de sorte que l'extrémité libre de la nervure d'étanchéité 15 couvre cet intervalle dans la direction radiale pour éviter dans une large mesure que l'agent lubrifiant ne passe par l'intervalle 33 à travers le canal de sortie d'huile 13, 14 pour arriver au premier joint 11. De manière préférentielle, l'extrémité libre de la nervure d'étanchéité 15 est réalisée en biais, par exemple suivant un angle de 45 par rapport à l'alignement du perçage 3 ou 6 du carter respectif pour éviter qu'une gouttelette qui resterait accrochée à la nervure 15 ne puisse revenir à travers l'intervalle 33 du second joint 12 par effet d'aspiration jusque vers la bague de piston du premier joint 11. L'exemple de réalisation décrit ci-dessus est conçu et se monte autour de l'arbre de rotor 1 en passant tout d'abord par le carter de turbine 2 puis dans le carter de palier 10 central et ensuite on met en place le rotor de compresseur 7 dans le carter de compresseur 5 sur l'extrémité de l'arbre de rotor. Pour cette raison, dans l'exemple de réalisation, la hauteur de la nervure d'étanchéité 15 (flèche a) ne doit pas dépasser l'alignement du perçage de carter (flèche b), c'est pourquoi la paroi raccourcie 31 (flèche c) et la paroi allongée 32 (flèche d) délimitent un in- tervalle 33 et le diamètre de l'arbre de rotor 1 dans le carter de turbine 2 est plus grand que son diamètre au niveau du second joint 12 et ce dernier est de nouveau supérieur au diamètre de l'arbre de rotor dans le carter de palier 10, intermédiaire, de cet exemple de réalisation. La nervure d'étanchéité 15 doit avoir une hauteur aussi grande que possible dans la direction radiale de l'arbre de rotor 1 pour couvrir l'intervalle 33 par lequel l'huile de lubrification peut passer dans la direction axiale dans le canal de sortie d'huile 13, 14, mais cette hauteur ne doit pas dépasser alignement du perçage 3 du carter de turbine pour pouvoir monter l'arbre de rotor 1. REVENDICATIONS 1 ) Installation d'étanchéité notamment pour le palier lubrifié à l'arêt d'un arbre de rotor assurant l'étanchéité du boîtier de palier pour l'agent lubrifiant arrivant dans la direction axiale, caractérisée en ce que l'arbre de rotor comporte un premier joint (11) sous la forme d'un intervalle, d'un labyrinthe ou d'un anneau de piston et un second joint (12) sous la forme d'un étroit intervalle ou d'un labyrinthe entre un canal de sortie d'huile (13, 14) s'étendant de façon annulaire autour de la périphérie de l'arbre de rotor (1), ce canal étant formé par une rainure de sortie d'huile (13) du côté du boîtier et une rainure de réception d'huile (14) du côté de l'arbre, installées dans la même position axiale, et le canal d'évacuation d'huile (13, 14) comporte une nervure d'étanchéité (15) annulaire, venant en saillie dans la direction radiale de l'arbre de rotor (1) et dont l'extrémité libre vient dans le canal annulaire de sortie d'huile (13, 14), cette nervure d'étanchéité constituant une barrière à effet axial pour l'agent lubrifiant qui arrive dans le canal d'évacuation d'huile. 2 ) Installation d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' elle est appliquée à un turbocompresseur de gaz d'échappement dont l'arbre (1) est guidé par une extrémité dans le carter de turbine (2) en passant par un perçage (3) réalisé dans le carter et porte le rotor (4) de la turbine alors que son autre extrémité, arrivant dans le carter de compresseur (5) à travers un perçage du boîtier, porte le rotor (7) du compresseur, et l'installation d'étanchéité est prévue dans le dispositif de palier de l'arbre de rotor (1) du côté du carter de turbine et/ ou du côté du carter de compresseur pour assurer l'étanchéité du carter de turbine (2) et/ou du carter de compresseur (5), vis-à-vis de l'agent lubrifiant fourni au dispositif de palier et venant du carter de palier central (10) entre le carter de turbine (2) et le carter de compresseur (5), pour alimenter le dispositif de palier du côté du carter de turbine et/ ou du côté du carter de compresseur. 3 ) Installation d'étanchéité selon la revendication 2, caractérisée en ce que la nervure d'étanchéité (15) est formée dans la rainure de sortie d'huile (14), côté arbre, sur l'arbre de rotor (1), et sa hauteur prise jusqu'à son extrémité libre dirigée radialement vers l'extérieur, arrive au maximum dans l'alignement ou juste avant le perçage de carter (3, 6), notamment le carter de turbine (2) et/ou le carter de compresseur (5). 4 ) Installation d'étanchéité selon la revendication 2, caractérisée en ce que la nervure d'étanchéité (15) est formée dans la rainure de sortie d'huile (13), côté carter, et sa hauteur jusqu'à l'extrémité dirigée radialement vers l'intérieur est au maximum alignée ou plus courte que le perçage (3, 6) du carter de turbine (2) et/ou du carter de compresseur (5) . 5 ) Installation d'étanchéité selon la revendication 2, caractérisée en ce que le second joint d'étanchéité (12) est réalisé sous la forme d'une paroi (31) délimitant la rainure de sortie d'huile (14), côté arbre, dirigée ra- dialement vers l'extérieur en étant raccourcie par rapport au perçage de carter (3 et/ou 6) et une paroi (32) se trouvant dans la même position axiale, délimitant la rainure (13) de sortie d'huile, côté carter, et dirigée radialement vers l'intérieur en étant prolongée par rapport au perçage de carter (3 et/ou 6) et rallongée de manière correspondante, les deux parois (31, 32) délimitant un intervalle (33) pour que l'extrémité libre de la nervure d'étanchéité (15) couvre cet intervalle (33) dans la direction radiale. 6 ) Installation d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier joint d'étanchéité (11) est un joint en labyrinthe. 7 ) Installation d'étanchéité selon la revendication 2, caractérisée en ce que le premier joint d'étanchéité (11) a la forme d'un anneau de piston (11) appliqué contre la paroi intérieure du perçage de carter (3 et/ou 6). 8 ) Installation d'étanchéité selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'anneau de piston (11) est placé dans une rainure (18) de l'arbre de rotor (1) ou d'une pièce en rotation avec cet arbre. 9 ) Installation d'étanchéité selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'extrémité libre de la nervure d'étanchéité (15) est en biais par rapport à l'alignement du perçage de carter (3, 6) respectif.