Brevet FR2931868A1 — publié le 20091204

B09-1657FR Société dite : GENERAL ELECTRIC COMPANY Joint de fluide pour turbomachine Invention de : TURNQUIST Norman Arnold BRUCE Kevin L. CERRETELLI Ciro TOURIGNY John Ernest Priorité d'une demande de brevet déposée aux Etats-Unis d'Amérique le 2 juin 2008 sous le n° 12/131.193 Joint de fluide pour turbomachine La présente invention concerne les turbomachines. La présente invention concerne plus particulièrement un joint entre des composants d'une turbomachine. Dans une turbomachine classique, on utilise des joints à divers emplacements pour empêcher l'écoulement de fluide de fuir autour d'un chemin d'écoulement désiré. Des joints sont prévus par exemple entre les extrémités des aubes rotatives et un carter fixe pour diriger l'écoulement afin de passer par les aubes plutôt qu'entre les extrémités des aubes et le carter. On peut également utiliser des joints entre un rotor et un composant fixe sous la forme d'une ou plusieurs bagues d'étanchéité. Des configurations classiques de joint comportent des joints labyrinthe, des joints-balai, des joints d'usure, des joints d'usure à motif et des joints plats conformes. Un joint labyrinthe dans la turbomachine comporte généralement par exemple une ou plusieurs dents s'étendant depuis un premier composant vers un deuxième composant créant un chemin tortueux pour l'écoulement de fluide entre les composants. Toutefois, pendant le fonctionnement de la turbomachine, les dents peuvent frotter sur le deuxième composant et s'endommager, augmentant ainsi l'espace entre les dents et le deuxième composant et permettant par la suite une augmentation des fuites ayant une influence négative sur le rendement de la turbomachine. Selon un aspect de l'invention, un joint pour turbomachine comporte une face de joint pouvant être disposée entre un premier composant de turbomachine et un deuxième composant de turbomachine. Au moins un canal de retour s'étend à travers le joint. Le canal de retour est capable d'injecter un écoulement de fluide entre le premier composant de turbomachine et le deuxième composant de turbomachine au niveau de la face de joint, interrompant ainsi un écoulement de fuite entre le premier composant de turbomachine et le deuxième composant de turbomachine. Selon un autre aspect de l'invention, une turbomachine comporte un premier composant de turbomachine, un deuxième composant de turbomachine et au moins un joint capable de diminuer l'écoulement de fuite entre le premier composant de turbomachine et le deuxième composant de turbomachine. L'au moins un joint comporte une face de joint disposée entre le premier composant de turbomachine et le deuxième composant de turbomachine et au moins un canal de retour s'étendant à travers le joint. Le canal de retour est capable d'injecter un écoulement de fluide entre le premier composant de turbomachine et le deuxième composant de turbomachine au niveau de la face du joint, interrompant ainsi un écoulement de fuite entre le premier composant de turbomachine et le deuxième composant de turbomachine. Ces avantages et caractéristiques ainsi que d'autres apparaîtront mieux d'après la description suivante effectuée conjointement avec les dessins. Les objectifs, caractéristiques et avantages ci-dessus de l'invention ainsi que d'autres apparaissent d'après la description détaillée qui suit effectuée conjointement avec les dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un mode de réalisation de joint pour turbomachine incluant des dents de joint radiales ; - la figure 2 est une vue en coupe transversale d'un mode de réalisation de joint pour turbomachine incluant des dents de joint inclinées ; - la figure 3 est une vue en coupe transversale d'un autre mode de réalisation de joint pour turbomachine incluant des dents de joint inclinées ; - la figure 4 est une vue en coupe transversale d'encore un autre mode de réalisation de joint pour turbomachine incluant des dents de joint inclinées ; - la figure 5 est une vue en coupe transversale d'encore un autre mode de réalisation de joint pour turbomachine incluant des dents de joint inclinées ; - la figure 6 est une vue en coupe transversale d'un mode de réalisation de joint pour turbomachine incluant des dents de joint d'usure ; - la figure 7 est une vue en coupe transversale partielle d'une turbomachine illustrant schématiquement les emplacements du joint de la figure 1 ; et - la figure 8 est une vue en coupe transversale partielle d'une turbomachine illustrant schématiquement un emplacement supplémentaire du joint de la figure 1. La description détaillée explique des modes de réalisation de l'invention, ainsi que des avantages et caractéristiques, au moyen d'un exemple en référence aux dessins. Sur la figure 1, est représenté un mode de réalisation d'une bague d'étanchéité 10 disposée dans un carter 12 d'une turbomachine 14, un écoulement de fluide à travers la turbomachine 14 s'effectuant dans une direction globalement axiale 16. La bague d'étanchéité 10 s'étend circonférentiellement autour d'un rotor 18. La bague d'étanchéité 10 comporte une face de joint 20 tournée vers le rotor 18. La bague d'étanchéité 10 comporte au moins une diode fluidique 22, qui comporte au moins une entrée 24 en communication par écoulement avec au moins un canal de retour 26 et au moins une sortie 28 en communication par écoulement avec l'au moins un canal de retour 26. Bien que le mode de réalisation de la bague d'étanchéité 10 de la figure 1 comporte une entrée 24, un canal de retour 26 et une sortie 28, d'autres configurations ayant par exemple deux entrées 24, deux canaux de retour 26 et/ou deux sorties 28, sont envisagées dans la portée de la présente description. L'écoulement à travers la turbomachine 14, représenté par des flèches 16, entre dans un espace 32 entre la face de joint 20 et le rotor 18, et une première partie 34 de l'écoulement 16 entre dans la diode fluidique 22 au niveau de l'au moins une entrée 24. La première partie 34 traverse l'au moins un canal de retour 26 et est injectée dans l'écoulement 16 selon un angle d'injection 36 avec une grande composante de vitesse dirigée à l'encontre de l'écoulement 16 à travers l'au moins une sortie 28, située au niveau de la face de joint 20. Dans le mode de réalisation de la figure 1, l'au moins une entrée 24 est située en amont de l'au moins une sortie 28 mais on comprendra que d'autres emplacements de l'au moins une entrée 24 et de l'au moins une sortie 28 sont envisagés dans la portée de la présente description. L'injection de la première partie 34 dans l'écoulement 16 avec un angle 36 en conflit avec l'écoulement 16 diminue l'aire de passage effective et a pour conséquence une interruption de l'écoulement 16. L'interruption d'écoulement 16 augmente la résistance de fluide de l'écoulement 16 entre la face de joint 20 et le rotor 18. Cette augmentation de résistance de fluide induit une réduction de l'importance des fuites entre la face de joint 20 et le rotor 18. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, l'au moins une entrée 24 est située au niveau de la face de joint 20 mais on comprendra que l'au moins une entrée 24 peut être située dans d'autres parties de la bague d'étanchéité 10. Par exemple, comme représenté sur la figure 2, dans certains modes de réalisation l'au moins une entrée 24 est disposée au niveau d'une face en amont 38. Un fluide à haute pression 40 entre par l'au moins une entrée 24 et s'écoule à travers au moins un canal de retour 26 et sort par l'au moins une sortie 28 avec l'angle d'injection 36 avec une grande composante de vitesse dirigée à l'encontre de l'écoulement 16. Dans un autre mode de réalisation, comme représenté sur la figure 3, l'au moins une entrée 24 est disposée sur une face radialement extérieure 42 de la bague d'étanchéité 10. Le fluide à haute pression 40 entre par l'au moins une entrée 24 et s'écoule à travers l'au moins un canal de retour 26. Le fluide à haute pression 40 sort par l'au moins une sortie 28 avec l'angle d'injection 36 avec une grande composante de vitesse dirigée à l'encontre de l'écoulement 16. Dans ce mode de réalisation, l'au moins un canal de retour 26 peut être sensiblement rectiligne et de plus, il peut être disposé selon un angle sensiblement égal à l'angle d'injection 36. Comme représenté sur la figure 3, la largeur de canal 44 du canal de retour 26 peut diminuer depuis l'au moins une entrée 24 jusqu'à l'au moins une sortie 28. La réduction de largeur du canal 46 augmente la vitesse du fluide à haute pression à travers le canal de retour 26, augmentant le rendement de la bague d'étanchéité 10. En se référant à la figure 4, certains modes de réalisation de la bague d'étanchéité 10 comportent une pluralité de dents de joint 48 s'étendant depuis la face de joint 20 vers le rotor 18. La pluralité de dents de joint 48 peuvent s'étendre dans une direction intérieure sensiblement radiale ou avec un angle de dent 50 par rapport à la face de joint 20. Dans certains modes de réalisation, l'au moins une entrée 24 est disposée au niveau de la face de joint 20 et localisée axialement entre des dents de joint adjacentes 48. De même, l'au moins une sortie 28 peut être disposée entre des dents de joint adjacentes 48. À titre de variante, comme représenté sur la figure 5, au moins une entrée 24 et/ou au moins une sortie 28 peuvent être disposées au niveau de la pointe de dent 52 d'une dent de joint 42. Dans certains modes de réalisation, l'angle d'injection 36 est sensiblement égal à l'angle des dents 50 afin d'améliorer le rendement de la bague d'étanchéité 10. Dans certains modes de réalisation, comme représenté sur la figure 6, la bague d'étanchéité 10 peut inclure un joint d'usure 54 disposé au niveau de la face de joint 20. Dans certains modes de réalisation, le rotor 18 comporte un motif ayant une pluralité de dents de joint 56. Une ou plusieurs diodes fluidiques 22 sont disposées de façon que l'au moins une entrée 24 et au moins une sortie 28 puissent s'étendre à travers le joint d'usure 54. En se référant de nouveau à la figure 1, la diode fluidique 22 s'étend circonférentiellement avec le joint d'usure 10 autour du rotor 18. Dans certains modes de réalisation, une pluralité de diodes fluidiques 22 sont agencées circonférentiellement autour du rotor 18, séparées par une pluralité de supports (non représentés). La diode fluidique 22 peut être fabriquée par un moyen parmi plusieurs. La diode fluidique 22 peut être formée par coulage d'une bague circonférentielle unitaire en une seule pièce, une ou plusieurs entretoises 58 s'étendant depuis la section intérieure de la diode 60 jusqu'à la section extérieure de la diode 62. À titre de variante, la section intérieure de la diode 60 et la section extérieure de la diode 62 peuvent être formées séparément par coulage ou par d'autres moyens et assemblées avec une ou plusieurs entretoises 58 en une diode fluidique 22 par exemple par soudage ou utilisation de fixations mécaniques. Bien que le joint d'usure 10 ait été décrit jusqu'à présent comme disposé au niveau du carter étanche 12 et fermant hermétiquement le rotor 18, d'autres emplacements du joint d'usure 10 comportant au moins une diode fluidique 22 sont envisagés dans la portée de la présente description. Par exemple, comme représenté sur la figure 7, le joint d'usure 10 incluant au moins une diode fluidique 22 est disposé au niveau d'un carter 64 pour assurer l'étanchéité entre le carter 64 et au moins une pointe d'aube 66. En outre, le joint d'usure 10 incluant au moins une diode fluidique 22 peut être situé au niveau d'un moyeu 68 pour assurer l'étanchéité du rotor 18. Comme autre exemple, illustré sur la figure 8, le joint d'usure 10 incluant au moins une diode fluidique 22 peut être disposé au niveau d'un stator 70 pour assurer l'étanchéité entre le stator 70 et le rotor 18. Ces emplacements de joint ne sont que des exemples d'utilisation d'un joint incluant au moins une diode fluidique 22 pour améliorer la robustesse de l'étanchéité entre les composants mobiles et les composants fixes d'une turbomachine 14. On comprendra toutefois que l'utilisation d'un joint incluant une diode fluidique 22 à d'autres emplacements, par exemple entre des composants fixes d'une turbomachine, est envisagée au sein de la présente portée. Bien que l'invention ait été décrite en détail en relation avec seulement un nombre limité de modes de réalisation, on comprendra facilement que l'invention n'est pas limitée à ces modes de réalisation décrits. En remplacement, l'invention peut être modifiée pour incorporer un nombre quelconque de variantes, modifications, remplacements ou agencements équivalents qui n'ont pas été décrits jusqu'à présent, mais qui sont d'une commune mesure avec l'esprit et la portée de l'invention. De plus, bien que divers modes de réalisation de l'invention aient été décrits, on comprendra que des aspects de l'invention peuvent inclure seulement certains des modes de réalisation décrits. NOMENCLATURE Bague d'étanchéité 10 Carter 12 Turbomachine 14 Écoulement 16 Rotor 18 Face de joint 20 Diodes fluidiques 22 Entrée 24 Canal de retour 26 Sortie 28 Espace 32 Première partie 34 Angle d'injection 36 Face amont 38 Fluide à haute pression 40 Face extérieure 42 Largeur de canal 44 Dents de joint 48 Angle des dents 50 Pointe des dents 52 Joint d'usure 54 Dents de joint 56 Entretoises 58 Section de diode interne 60 Section de diode externe 62 Carter 64 Pointe d'aube 66 Moyeu 68 Stator 70 REVENDICATIONS1. Joint (10) pour turbomachine comprenant : une face de joint (20) pouvant être disposée entre un premier composant de turbomachine (12) et un deuxième composant de turbomachine (18) ; et au moins un canal de retour (26) s'étendant à travers le joint (10), capable d'injecter un écoulement de fluide (16) entre le premier composant de turbomachine (12) et le deuxième composant de turbomachine (18) au niveau de la face de joint (20) interrompant ainsi un écoulement de fuite entre le premier composant de turbomachine (12) et le deuxième composant de turbomachine (18). 2. Joint (10) selon la revendication 1, dans lequel au moins une sortie (28) de l'au moins un canal de retour (26) est disposée au niveau de la face de joint (20). 3. Joint (10) selon la revendication 1, dans lequel au moins une entrée (24) de l'au moins un canal de retour (26) est disposée au niveau de la face de joint (20). 4. Joint (10) selon la revendication 1, dans lequel l'au moins une entrée (24) de l'au moins un canal de retour (26) est disposée au niveau d'une face amont (38) du joint (10). 5. Joint (10) selon la revendication 1, dans lequel l'au moins une entrée (24) de l'au moins un canal de retour (26) est disposée au niveau d'une face extérieure radiale (42) du joint (10). 6. Joint (10) selon la revendication 1, incluant une pluralité de dents de joint (48) s'étendant depuis la face de joint (20) vers le deuxième composant de turbomachine (18). 7. Turbomachine (14) comprenant : un premier composant de turbomachine (12) ; un deuxième composant de turbomachine (18) ; et au moins un joint (10) capable de diminuer l'écoulement de fuite entre le premier composant de turbomachine (12) et le deuxième composant de turbomachine (18) incluant :une face de joint (20) disposée entre le premier composant de turbomachine (12) et le deuxième composant de turbomachine (18) ; et au moins un canal de retour (26) s'étendant à travers le joint (10), capable d'injecter un écoulement de fluide (16) entre le premier composant de turbomachine (12) et le deuxième composant de turbomachine (18) au niveau de la face du joint (20) interrompant ainsi un écoulement de fuite entre le premier composant de turbomachine (12) et le deuxième composant de turbomachine (18). 8. Turbomachine (14) selon la revendication 7, dans laquelle au moins une sortie (28) de l'au moins un canal de fluide et/ou au moins une entrée (24) de l'au moins un canal de retour (26) est disposée au niveau de la face de joint (20). 9. Turbomachine (14) selon la revendication 7, incluant une pluralité de dents de joint (48) s'étendant depuis la face de joint (20) vers le deuxième composant de turbomachine (18). 10. Turbomachine (14) selon la revendication 9, dans laquelle au moins une sortie (28) de l'au moins un canal de retour (26) et/ou au moins une entrée (24) de l'au moins un canal de retour (26) est disposée entre des dents de joint adjacentes (48) de la pluralité de dents de joint.