Brevet FR2933732A1 — publié le 20100115

B09-1700FR Société dite : GENERAL ELECTRIC COMPANY Joint d'étanchéité élastique pour fente de rotor et procédé de scellement étanche Invention de : DANESCU Radu Ioan WARD John D. Priorité d'une demande de brevet déposée aux Etats-Unis d'Amérique le 8 juillet 2008 sous le n° 12/168.942 Joint d'étanchéité élastique pour fente de rotor et procédé de scellement étanche La présente demande concerne de façon générale tout type de turbine, et concerne plus particulièrement des systèmes et des procédés pour sceller de façon étanche un espace entre une queue d'aronde de pale de turbine et une fente de rotor de turbine à l'aide d'un joint d'étanchéité élastique. Les turbines à gaz comprennent généralement un rotor ou roue de turbine avec un certain nombre d'aubes ou pales circonférentiellement espacées. Les aubes peuvent généralement comprendre un profil, une plateforme, une tige, une queue d'aronde, et d'autres éléments. La queue d'aronde de chaque aube est positionnée à l'intérieur du rotor de turbine et fixée à l'intérieur de celui-ci. Les profils font saillie dans le trajet de gaz chauds afin de convertir l'énergie cinétique des gaz en énergie mécanique de rotation. Un certain nombre de passages de milieu de refroidissement peuvent s'étendre radialement à travers l'aube pour diriger un écoulement vers l'intérieur et/ou vers l'extérieur du milieu de refroidissement à travers ceux-ci. Des fuites peuvent se développer dans le circuit de délivrance d'agent de refroidissement en fonction d'un espace entre les pattes des queues d'aronde et la surface du rotor du fait d'augmentations des charges thermiques et/ou centrifuges. Des pertes d'air du circuit d'alimentation des aubes dans l'espace de roue peuvent être significatives vis-à-vis des exigences d'écoulement de milieu de refroidissement des pales. De plus, l'air peut être extrait des derniers étages du compresseur, de telle sorte que la détérioration de la sortie d'énergie et du rendement global peut être significative durant le fonctionnement du moteur. Des efforts ont été accomplis pour limiter cette fuite. Par exemple, un procédé comprend la déposition d'aluminium sur une patte de queue d'aronde de façon à remplir l'espace au moins partiellement. De façon spécifique, une bague de 360 degrés peut être pressée contre le côté avant de la face de queue d'aronde. Bien que cette configuration produise une bonne étanchéité et soit durable, la configuration ne peut pas être facilement démontée et remplacée sur le terrain. Au contraire, ces bagues ne peuvent être démontées que lorsque l'ensemble du rotor est démonté. I1 existe par conséquent un souhait pour des systèmes et des procédés de scellement étanche de patte de queue d'aronde améliorés. Ces systèmes et ces procédés devraient, de façon adéquate, empêcher une fuite à travers ceux-ci, de façon à accroître le rendement global du système, tout en pouvant être installés et/ou réparés sur le terrain. La présente demande décrit par conséquent un ensemble de scellement étanche élastique pour sceller de façon étanche un espace entre une patte de queue d'aronde d'une aube et une fente d'un rotor. L'ensemble de scellement étanche élastique peut comprendre une rainure de scellement étanche positionnée autour de la fente et un joint d'étanchéité élastique positionné autour de la rainure de scellement étanche. Le joint d'étanchéité élastique est forcé dans l'espace et autour de la patte de queue d'aronde lorsque l'aube tourne. La présente demande propose de plus un procédé de scellement étanche d'un espace entre une patte de queue d'aronde d'une aube et une fente d'un rotor. Le procédé peut comprendre les étapes d'usinage d'une rainure de scellement étanche autour de la fente du rotor, de positionnement d'un joint d'étanchéité élastique autour de la rainure de scellement étanche, de rotation de l'aube, et de forçage du joint d'étanchéité élastique dans l'espace et autour de la patte de queue d'aronde. La présente demande procure de plus un ensemble de joint d'étanchéité élastique pour sceller de façon étanche un espace entre une patte de queue d'aronde d'une aube et une fente d'un rotor. L'ensemble de joint d'étanchéité élastique peut comprendre une rainure de scellement étanche positionnée autour de la fente et un joint d'étanchéité élastique positionné autour de la rainure de scellement étanche. Le joint d'étanchéité élastique est forcé dans l'espace à l'aide d'une force centrifuge et s'adapte en conformité autour de la patte de queue d'aronde lorsque l'aube tourne. Ces éléments et caractéristiques de la présente demande, ainsi que d'autres, apparaîtront de façon évidente à une personne ayant une connaissance ordinaire de la technique à l'examen de la description détaillée qui suit, prise en relation avec les différents dessins : - la figure lA est une vue en perspective d'une aube avec un carénage qui peut être utilisée avec les systèmes de scellement étanche qui sont décrits ici ; - la figure lB est une vue en perspective d'une aube sans carénage qui peut être utilisée avec les systèmes de scellement étanche qui sont décrits ici ; - la figure 2 est une vue en perspective d'une fente de scellement étanche de rotor du système de joint d'étanchéité élastique qui est décrit ici ; - la figure 3 est une vue en coupe transversale latérale du système de scellement étanche élastique de la figure 2 dans une position fixe ; - la figure 4 est une autre vue en coupe transversale latérale du système de scellement étanche élastique de la figure 2 dans une position fixe ; - la figure 5 est une vue en coupe transversale latérale du système de scellement étanche élastique de la figure 2 à vitesse élevée ; - la figure 6 est une autre vue en coupe transversale latérale du système de scellement étanche élastique de la figure 2 à vitesse élevée. Si l'on se réfère à présent aux dessins, dans lesquels des numéros identiques se réfèrent à des éléments identiques dans l'ensemble des différentes vues, la figure lA montre une aube 10 qui peut être utilisée ici. L'aube 10 peut être une aube de premier ou de deuxième étage utilisée dans une turbine à gaz 7FA+e, vendue par General Electric Company, à Schenectady, Etat de New-York. Tout autre type d'aube ou d'étage peut également être utilisé ici. L'aube 10 peut être utilisée avec un rotor 20 comme représenté en figure 2. Comme cela est connu, l'aube 10 peut comprendre un profil 30, une plateforme 40, une tige 50, une queue d'aronde 60, et d'autres éléments. On appréciera le fait que l'aube 10 est l'une d'un certain nombre d'aubes circonférentiellement espacées 10 fixées au rotor 20 de la turbine et autour de celui-ci. L'aube 10 de la figure lA comporte un carénage 65 sur une extrémité du profil 30. Une aube 11 de la figure lB ne comporte pas le carénage. Tout autre type de configuration d'aube peut être utilisé ici. Comme décrit ci-dessus, le rotor 20 peut comporter un certain nombre de fentes 25 pour recevoir les queues d'aronde 60 des aubes 10. De même, les profils 30 des aubes 10 font saillie dans le courant de gaz chauds, de façon à permettre à l'énergie cinétique du courant d'être convertie en énergie mécanique par la rotation du rotor 20. La queue d'aronde 60 peut comprendre une première queue ou patte 70 et une deuxième patte 80 s'étendant à partir de celle-ci. Des configurations similaires peuvent être utilisées ici. Un espace 90 peut être formé entre les extrémités des pattes 70, 80 de la queue d'aronde 60 et le rotor 20. Un écoulement de refroidissement à haute pression peut s'échapper à travers l'espace 90, sauf si un système de scellement étanche d'un quelconque type est employé. Les figures 2 à 6 montrent un système de scellement étanche élastique 100 comme décrit ici. Le système de scellement étanche 100 peut être positionné autour de chacune des fentes 25 décrites ci-dessus du rotor 20. Chaque fente 25 peut comprendre une rainure de scellement étanche 110. La rainure de scellement étanche 110 peut s'étendre autour de la périphérie de la fente 25. Les dimensions et la forme de la rainure de scellement étanche 110 peuvent varier. La rainure de scellement étanche 110 peut être formée avec des techniques d'usinage classiques. D'autres types de techniques de fabrication peuvent également être utilisées ici. La rainure de scellement étanche 110 peut avoir une forme de section transversale carrée ou circulaire. D'une autre façon, toute forme de section transversale désirée peut être utilisée ici. Un joint d'étanchéité élastique 120 peut être positionné à l'intérieur de la rainure de scellement étanche 110. Le joint d'étanchéité élastique 120 peut être réalisé en n'importe quel type de matériau de scellement étanche élastique métallique. Le joint d'étanchéité élastique 120 peut être largement en forme de U et peut se conformer à la forme de la rainure de scellement étanche 110, ou, autrement dit, le joint d'étanchéité élastique 120 peut avoir une forme de section transversale carrée ou circulaire ou toute forme de section transversale désirée. Comme représenté en figure 3, le joint d'étanchéité élastique 120 reste à l'intérieur de la rainure de scellement étanche 110 lorsque l'aube 10 est fixe, de telle sorte que l'aube 10 puisse être facilement installée ou retirée. Lors de l'utilisation à pleine vitesse ou à vitesse élevée, comme représenté en figure 5, la charge centrifuge sur le joint d'étanchéité 120 déplace le joint d'étanchéité 120 vers l'extérieur de façon à le presser contre la patte 70 de la queue d'aronde 60. De plus, la charge centrifuge déforme le joint d'étanchéité 120, de façon à le faire s'adapter autour de la patte 70 de la queue d'aronde 60. Comme représenté dans les figures 4 et 6, le joint d'étanchéité élastique 120 est positionné entre un côté haute pression 130 et un côté basse pression 140 de la queue d'aronde 60. Le joint d'étanchéité élastique 120 peut par conséquent remplir l'espace 90 de façon à empêcher une fuite à partir de l'air d'alimentation de refroidissement sur le côté haute pression 130 vers l'espace de roue sur le côté basse pression 140 à pleine vitesse ou à vitesse élevée du fait de l'inertie. L'utilisation du système de scellement étanche élastique 100 réduit par conséquent les fuites à travers l'espace 90. De plus, l'utilisation du joint d'étanchéité élastique 120 permet de s'adapter aux plus grandes variations dans la plage de tailles de l'espace 90. Aucune modification n'est requise pour l'aube 10 ou le rotor 20. Une efficacité de scellement étanche similaire à celle du revêtement en aluminium couramment utilisé peut par conséquent être assurée ou améliorée sans l'utilisation de la masse additionnelle de matériau. La réduction de la perte d'écoulement de refroidissement améliore par conséquent le rendement global du système. Les économies d'air à haute pression peuvent être d'environ un pour cent (1%). Le système de scellement étanche élastique 100 peut être utilisé avec d'autres systèmes et procédés de scellement étanche. LISTE DES PARTIES 10 Aube 20 Rotor 25 Fente de rotor 30 Profil 40 Plateforme 50 Tige 60 Queue d'aronde 70 Première patte 80 Deuxième patte 90 Espace 100 Système de joint d'étanchéité élastique 110 Rainure de scellement étanche 120 Joint d'étanchéité élastique 130 Côté haute pression 140 Côté basse pression REVENDICATIONS1. Ensemble de scellement étanche élastique (100) pour sceller de façon étanche un espace (90) entre une patte de queue d'aronde (70) d'une aube (10) et une fente (25) d'un rotor (20), caractérisé en ce qu'il comprend : une rainure de scellement étanche (110) positionnée autour de la fente (25) ; et un joint d'étanchéité élastique (120) positionné autour de la rainure de scellement étanche (110) de telle sorte que le joint d'étanchéité élastique (120) soit forcé à l'intérieur de l'espace (90) et autour de la patte de queue d'aronde (70) lorsque l'aube (10) tourne. 2. Ensemble de scellement étanche élastique (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la rainure de scellement étanche (110) s'étend autour d'une périphérie de la fente (25) en totalité ou en partie. 3. Ensemble de scellement étanche élastique (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité élastique (120) comprend un matériau élastique métallique. 4. Ensemble de scellement étanche élastique (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité élastique (120) et la rainure de scellement étanche (110) ont tous deux une section transversale sensiblement carrée. 5. Ensemble de scellement étanche élastique (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité élastique (120) et la rainure de scellement étanche (110) ont tous deux une section transversale sensiblement circulaire. 6. Ensemble de scellement étanche élastique (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité élastique (120) a une forme sensiblement en forme de U. 7. Ensemble de scellement étanche élastique (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité élastique (120) s'adapte en conformité autour de la patte de queue d'aronde (70) lorsqu'il vient en contact avec celle-ci. 8. Ensemble de scellement étanche élastique (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend de plus une pluralité de pattes de queue d'aronde (70). 9. Procédé de scellement étanche d'un espace (90) entre une patte de queue d'aronde (70) d'une aube (10) et une fente (25) d'un rotor (20), caractérisé en ce qu'il comprend : l'usinage d'une rainure de scellement étanche (110) autour de la fente (25) du rotor (20) ; le positionnement d'un joint d'étanchéité élastique (120) autour de la rainure de scellement étanche (110) ; la rotation de l'aube (10) ; et le forçage du joint d'étanchéité élastique (120) dans l'espace (90) et autour de la patte de queue d'aronde (70).