Brevet FR2914384A1 — publié le 20081003

La présente invention concerne le domaine des joints d'étanchéité, notamment celui des joints à frottement radial. La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif d'étanchéité pour assurer l'étanchéité entre un carter et un arbre monté rotatif dans ledit carter, comprenant des premier et second joints à lèvre annulaires destinés à être disposés côte à côte axialement entre le carter et l'arbre. Dans la suite, les adjectifs axial et radial se rapportent à la direction de l'axe de rotation de l'arbre. Traditionnellement, on utilise un couple de joints à lèvre pour assurer l'étanchéité d'une enceinte par contact sur l'arbre. Du fait du frottement existant entre l'arbre et les lèvres des joints, la rotation de l'arbre entraîne une usure des joints à lèvre qui nécessite le changement des joints, notamment pour éviter les fuites d'huile. En effet, les fuites d'huile sont néfastes à l'environnement et peuvent conduire à l'endommagement des pièces rotatives tels les engrenages dont la lubrification n'est plus correctement assurée. Dans le cas où un tel dispositif est monté dans un turbomoteur d'hélicoptère, ce dernier doit être immobilisé afin de procéder au changement des joints, ce qui présente un coût que l'on souhaiterait éviter. Un but de la présente invention est de proposer un dispositif d'étanchéité ayant une durée de vie plus longue que celui de l'art antérieur. L'invention atteint son but par le fait que le dispositif d'étanchéité selon l'invention comporte en outre des moyens pour amener un flux de gaz pressurisé dans une cavité annulaire délimitée par le premier joint à lèvre, le second joint à lèvre et une surface extérieure de l'arbre, de telle sorte que lors de la rotation dudit arbre, le flux de gaz est apte à décoller au moins l'un des deux joints à lèvre de la surface extérieure de l'arbre pour s'écouler hors de la cavité. Ainsi, lors de la rotation de l'arbre, au moins l'un des deux joints à lèvres, de préférence les deux, décollent de la surface extérieure de l'arbre du fait de l'écoulement du flux de gaz entre les joints à lèvre et la surface extérieure de l'arbre, en conséquence de quoi le frottement entre l'arbre et le dispositif d'étanchéité est avantageusement supprimé. Malgré le décollement du ou des joints à lèvre, la fonction d'étanchéité est avantageusement préservée grâce au flux de gaz s'écoulant hors de la cavité qui tend à maintenir les particules extérieures en dehors de la cavité. On comprend ainsi que des particules d'huile ou de poussière ne peuvent traverser le dispositif d'étanchéité dans un sens ou dans l'autre. Il en résulte que le dispositif d'étanchéité conforme à la présente invention s'use sensiblement moins vite que le dispositif de l'art antérieur ce qui a pour effet d'augmenter sa durée de vie. De surcroit, lorsque l'arbre ne tourne pas, l'étanchéité est simplement réalisée par le fait que les joints à lèvre annulaires viennent en contact contre la surface extérieure de l'arbre. En effet, il n'est en effet pas nécessaire de pressuriser la cavité car à ce moment il n'existe pas de frottement entre l'arbre et le dispositif d'étanchéité. De manière préférentielle, le premier joint à lèvre comporte une première lèvre tandis que le second joint à lèvre comporte une seconde lèvre, et en ce que les première et seconde lèvres sont destinés à s'étendre selon la direction axiale de l'arbre tout en s'éloignant l'une de l'autre. Ainsi, ce sont les première et seconde lèvres qui décollent de la surface extérieure de l'arbre lors de l'écoulement du flux de gaz hors de la cavité. Avantageusement, les moyens pour amener le flux de gaz pressurisé 20 comportent un canal disposé entre les premier et second joints à lèvre, ledit canal étant relié à une source de gaz pressurisé. De préférence, le canal s'étendant radialement entre les deux joints à lèvre. Avantageusement, les moyens pour amener le flux de gaz pressurisé 25 comportent en outre un diaphragme pour limiter le débit de gaz en cas d'endommagement de l'un des joints à lèvre annulaires. De préférence, le diaphragme est disposé dans ce canal ou bien à l'une de ses extrémités. Lors du fonctionnement normal du dispositif d'étanchéité selon 30 l'invention, le débit de gaz est limité par la distance de décollement des lèvres des joints à lèvre. Dans le cas où l'une des deux lèvres venait à être endommager, le débit de gaz pourrait augmenter brutalement engendrant une perte indésirable de gaz. 35 Grâce au diaphragme, le débit de gaz est avantageusement limité en cas d'endommagement de l'un des joints à lèvre. La présente invention concerne également un turbomoteur pour hélicoptère comportant un carter et un arbre monté rotatif dans ledit carter, ledit turbomoteur comportant en outre un dispositif d'étanchéité conforme à la présente invention. Avantageusement, le turbomoteur selon l'invention comporte en outre une source de gaz pressurisé pour alimenter les moyens pour amener un flux de gaz pressurisé dans la cavité annulaire. De manière préférentielle mais non exclusivement, la source d'air pressurisé est une veine disposée en sortie de l'étage de compression. On pourrait en effet prévoir une source de gaz pressurisé extérieure sans sortir du cadre de la présente invention. L'invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit, d'un mode de réalisation indiqué à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles : - la figure 1 montre un détail d'un carter de turbomoteur d'un hélicoptère dans lequel est monté un arbre rotatif, le turbomoteur comportant un dispositif d'étanchéité conforme à la présente invention ; et - la figure 2 représente un turbomoteur muni d'un dispositif d'étanchéité selon la présente invention. Sur la figure 1, on a représenté un détail d'un carter 10 du réducteur de vitesse 11 d'un turbomoteur 52 pour un engin volant, tel un hélicoptère, dans lequel est monté un dispositif d'étanchéité 12 conforme à l'invention. Evidemment, cette figure ne représente qu'un exemple non limitatif d'utilisation du dispositif selon l'invention. Comme on le voit sur la figure 1, un arbre 14 présentant un axe de rotation A est monté rotatif dans le carter 10, notamment par l'intermédiaire d'un palier 16. En l'espèce, le carter 10 correspond au carter du réducteur 11 du turbomoteur, c'est-à-dire que l'extrémité 18 de l'arbre 14 du côté du palier est destinée à être couplée à des engrenages, tandis que l'extrémité opposée 20 est une prise de mouvement destinée à être couplée à un arbre transmettant le couple au rotor de l'hélicoptère. En d'autres termes, l'extrémité 20 de prise de mouvement est située à l'extérieur du turbomoteur 52 tandis que l'extrémité 18 côté enceinte 21 du réducteur 11 est située à l'intérieur du turbomoteur 52. Afin de lubrifier les éléments tournants situés dans l'enceinte 21 du réducteur 11, on y injecte de l'huile, si bien qu'il règne une ambiance air/huile dans cette partie du turbomoteur 52. Tant pour des considérations environnementales que mécaniques, il convient d'éviter que l'huile ne sorte du carter 10 du réducteur 11. Il convient également d'éviter que des poussières ou toute autre particule indésirable ne pénètrent dans l'enceinte 21 du réducteur 11, qui, dans le cas contraire, risqueraient d'endommager les engrenages 53 du réducteur 11. Pour ce faire et conformément à l'invention, le dispositif d'étanchéité 12 disposé entre le carter 10 et l'arbre 14 permet d'éviter tant la perte d'huile que l'introduction de particules extérieures dans l'enceinte du réducteur 11, tout en présentant une durée de vie plus longue que le dispositif d'étanchéité de l'art antérieur. Pour ce faire, le dispositif d'étanchéité 12 comporte un premier joint à lèvre annulaire 24 et un second joint à lèvre annulaire 26 qui sont disposés côte à côte entre le carter 10 et l'arbre 14 tout en étant coaxiaux, étant entendu que leur axe commun correspond sensiblement à l'axe A de l'arbre 14. De préférence, les joints à lèvre annulaires 24,26 sont des joints à contact radial et sont préférentiellement réalisés en élastomère. Les premier et second joints à lèvre annulaires 24,26 sont de préférence fixés sur un manchon 28 disposé axialement dans un alésage 30 du carter 10, le manchon 28 étant lui-même maintenu solidairement avec le carter 10 entre un flasque 32 solidaire du carter 10 et le palier 16. Comme on le voit sur la figure 1, les premier et second joints à lèvre annulaires 24,26 comportent respectivement une première lèvre 34 et une seconde lèvre 36 qui s'étendent selon la direction axiale de l'arbre 14 tout en s'éloignant l'une de l'autre. Par ailleurs, les lèvres 34 et 36 sont conformées pour présenter une première position, représentée en traits pointillés sur la figure 1, dans laquelle chacune d'elles vient en contact avec la surface extérieure 22 de l'arbre 14 afin d'assurer l'étanchéité de l'enceinte 21 du réducteur 11. Conformément à l'invention, les lèvres 34, 36 sont dans leur première position de préférence lorsque l'arbre 14 ne tourne pas. Autrement dit, les lèvres 34,36, dans leur première position, assurent une étanchéité statique entre le carter 10 et l'arbre 14. On comprend en effet que, dans leur première position, la première lèvre 34 empêche les particules extérieures de rentrer dans l'enceinte 21, tandis que la seconde lèvre 36 empêche les gouttelettes d'huile de sortir de l'enceinte 21 du réducteur 11. De manière particulièrement avantageuse, les lèvres 34 et 36 sont aptes à se trouver dans une seconde position, représentée en traits pleins sur la figure, position dans laquelle les lèvres 34, 36 décollent de la surface extérieure 22 de l'arbre 24. Préférentiellement, les lèvres 34 et 36 sont dans leur seconde position lorsque l'arbre 14 tourne. Pour ce faire, on pressurise une cavité annulaire 38 délimitée par la première lèvre 34, la seconde lèvre 36 et la surface extérieure 22 de l'arbre 14 grâce à des moyens 40 pour amener un flux d'air F pressurisé dans ladite cavité 38. Lesdits moyens comportent un canal 40 ménagé dans un col 42 du manchon 28, ledit col 42 s'étendant dans un plan orthogonal à l'axe A de l'arbre 14 de telle sorte que le canal 40 s'étendant sensiblement radialement. En se référant à la figure 1, on constate qu'une première extrémité 44 du canal 40 débouche dans la cavité annulaire 38, tandis qu'une seconde extrémité 43 du canal 40 opposé à la première extrémité 44 est reliée à un raccord 46 par l'intermédiaire d'une conduite radiale 48 ménagée dans le carter 10. Le raccord 46 est quant à lui connecté via un tubage 45 à une source de pression qui, dans la présente espèce, est un point de prélèvement 49 disposé en sortie d'un compresseur 50 du turbomoteur 52 tel que représenté sur la figure 2. Autrement dit, le gaz correspond en l'espèce une fraction d'air prélevée sur l'air comprimé par le compresseur 50. Un intérêt d'utiliser la sortie du compresseur 50 comme source de pression est de pouvoir s'affranchir d'utiliser une source de pression extérieure bien que cela soit tout à fait possible dans le cadre de la présente invention. Conformément à l'invention, le flux de gaz F amené dans la cavité 38 présente une pression suffisante pour pouvoir décoller les lèvres 34 et 36 de la surface extérieure 22 se l'arbre 14. Ainsi, comme on le comprend à l'aide des flèches représentées sur la figure 1, le flux de gaz F fait décoller les lèvres 34 et 36 de la surface extérieure 22 de l'arbre 14 pour s'écouler hors de la cavité 38. Plus précisément, le flux de gaz sortant de la cavité 38 est de préférence constitué par un premier flux annulaire F1 s'écoulant axialement vers l'extérieur du turbomoteur 52 et par un second flux annulaire F2 s'écoulant axialement vers l'intérieur de l'enceinte 21, dans un sens opposé au premier flux annulaire F1. On comprend donc que grâce à l'invention, le premier flux F1 empêche les particules extérieures d'entrer dans l'enceinte 21 du réducteur 11, tandis que le second flux F2 empêche les gouttelettes d'huile de sortir de l'enceinte 21, en conséquence de quoi l'étanchéité est assurée malgré le décollement des lèvres 34 et 36 lorsqu'elles sont dans leur seconde position. Comme on l'a déjà mentionné, grâce au décollement avantageux des lèvres 34 et 36 lors de la rotation de l'arbre 14, les joints à lèvre annulaires 24,26 s'usent sensiblement moins du fait de l'absence de frottement lors de la rotation de l'arbre. Ainsi le dispositif d'étanchéité conforme à l'invention présente une durée de vie plus longue que ceux de l'art antérieur. De manière avantageuse, le dispositif d'étanchéité selon la présente invention comporte en outre un diaphragme D permettant de limiter le débit de gaz pressurisé en cas d'endommagement de l'une ou l'autre des lèvres 34,36. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'étanchéité (12) pour assurer l'étanchéité entre un carter (10) et un arbre (14) monté rotatif dans ledit carter (10), comprenant des premier (24) et second (26) joints à lèvre annulaires destinés à être disposés axialement côte à côte entre le carter (10) et l'arbre (14), ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens (45,46,48) pour amener un flux de gaz (F) pressurisé dans une cavité annulaire (38) délimitée par le premier joint à lèvre (24), le second joint à lèvre (26) et une surface extérieure de l'arbre (22), de telle sorte que lors de la rotation dudit arbre (14), le flux de gaz (F,F1,F2) est apte à faire légèrement décoller au moins l'un des deux joints à lèvre (24,26) de la surface extérieure (22) de l'arbre (14) pour s'écouler hors de la cavité (38). 2. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier joint à lèvre (24) comporte une première lèvre (34) tandis que le second joint à lèvre (26) comporte une seconde lèvre (36), et en ce que première et seconde lèvres (34,36) sont destinés à s'étendre selon la direction axiale de l'arbre (14) tout en s'éloignant l'une de l'autre. 3. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens (45,46,48) pour amener le flux de gaz (F) pressurisé comportent un canal (48) disposé entre les premier et second joints à lèvre, ledit canal (48) étant relié à une source de gaz pressurisé (49,50). 4. Dispositif d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens (45,46,48) pour amener le flux de gaz pressurisé (F) comportent en outre un diaphragme (D) pour limiter le débit d'air pressurisé en cas d'endommagement de l'une des lèvres (34,36) des joints à lèvre annulaires. 5. Turbomoteur (52) pour hélicoptère comportant un carter (10) et un arbre (14) monté rotatif dans ledit carter, caractérisé en ce qu'ilcomporte en outre un dispositif d'étanchéité (12) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4. 6. Turbomoteur pour hélicoptère selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une source de gaz pressurisé (49,50) pour alimenter les moyens (45,46,48) pour amener un flux de gaz pressurisé (F) dans la cavité annulaire (38). 7. Turbomoteur pour hélicoptère ayant un étage de compression selon la revendication 6, caractérisé en ce que la source de gaz pressurisé est une veine (49) disposée en sortie de l'étage de compression (50). 8. Turbomachine caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4.15