Brevet FR2933731A1 — publié le 20100115

B09-1699FR Société dite : GENERAL ELECTRIC COMPANY Système de scellement étanche avec plaque de pivot et joint d'étanchéité à câble Invention de : ARNESS Brian P. VELTRE Louis HARTER Ariel Kelsey Coleman WARD John D. Priorité d'une demande de brevet déposée aux Etats-Unis d'Amérique le 8 juillet 2008 sous le n° 12/168.929 Système de scellement étanche avec plaque de pivot et joint d'étanchéité à câble 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 formé entre une queue d'aronde d'aube de turbine et un rotor de turbine à l'aide d'une plaque de pivot et d'un joint d'étanchéité à câble. Les turbines à gaz comprennent généralement un rotor de turbine (roue) avec un certain nombre d'aubes circonférentiellement espacées (pales). 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 sur 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 pour fluide de refroidissement peuvent s'étendre radialement à travers l'aube pour diriger un écoulement vers l'intérieur et/ou vers l'extérieur du fluide 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 du fluide 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 circulaire 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 besoin pour des systèmes et des procédés améliorés de scellement étanche de patte de queue d'aronde. 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 invention est relative à un système de scellement étanche pour sceller de façon étanche un espace entre une patte de queue d'aronde d'une aube et un rotor. Le système de scellement étanche peut comprendre une fente de scellement étanche positionnée autour de la patte de queue d'aronde et une plaque de pivot positionnée à l'intérieur de la fente de scellement étanche. La fente de scellement étanche peut comprendre un point de pivot et une moulure de repos, de telle sorte que la plaque de pivot pivote autour du point de pivot et à l'intérieur de l'espace lorsque l'aube tourne. La présente invention concerne de plus un système de scellement étanche pour sceller de façon étanche un espace entre une patte de queue d'aronde d'une aube et un rotor dans lequel une fente de scellement étanche est positionnée autour de la patte de queue d'aronde, une plaque de pivot est positionnée à l'intérieur de la fente de scellement étanche, et un joint d'étanchéité à câble est positionné autour de la plaque de pivot. La fente de scellement étanche peut comprendre un point de pivot et une moulure de repos, de telle sorte que la plaque de pivot pivote autour du point de pivot et à l'intérieur de l'espace lorsque l'aube tourne. Selon un autre aspect, il est proposé de plus un procédé de scellement étanche d'un espace entre une patte de queue d'aronde d'une aube et un rotor. Le procédé peut comprendre le positionnement d'une plaque de pivot à l'intérieur d'une fente de scellement étanche de la patte de queue d'aronde, la rotation de l'aube, et le pivotement de la plaque de pivot à l'intérieur de l'espace sous l'effet de la force centrifuge. Le procédé peut de plus comprendre le positionnement d'un joint d'étanchéité autour de la plaque et la déformation du joint d'étanchéité contre la fente de scellement étanche lorsque l'aube tourne. Ces éléments et caractéristiques ainsi que d'autres, apparaîtront de façon plus précise à l'examen de la description détaillée qui suit d'exemples non limitatifs, faite en relation avec les différents dessins joints, sur lesquels : - la figure lA est une vue en perspective d'une aube avec un carénage qui peut être utilisée avec les systèmes de scellement étanche de l'invention - la figure lB est une vue en perspective d'une aube sans carénage qui peut être utilisée avec les systèmes de scellement étanche de l'invention - la figure 2 est une vue en perspective d'un rotor qui peut être utilisé avec les systèmes de scellement étanche de l'invention ; - la figure 3A est une vue en plan de côté d'une patte de queue d'aronde qui peut être utilisée avec les systèmes de scellement étanche de l'invention - la figure 3B est une vue en perspective d'une patte de queue d'aronde de la figure 3A ; - la figure 4 est une vue en perspective d'un système de scellement étanche de l'invention ; - la figure 5 est une vue en plan de côté du système de scellement étanche de la figure 4 positionné à l'intérieur de la patte de queue d'aronde et au repos ; - la figure 6 est une vue en plan de côté du système de scellement étanche de la figure 4 positionné à l'intérieur de la patte de queue d'aronde et en mouvement. 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 une aube de premier ou de deuxième étage utilisée dans une turbine à gaz 7FA+e, vendue par la société General Electric Company. 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 fait partie 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 de carénage. Tout autre type de configuration d'aube peut être utilisé. 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. 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 fluide 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 3A à 6 montrent un système de scellement étanche 100. Le système de scellement étanche 100 peut être positionné autour de la première patte 70 de la queue d'aronde 60 de l'aube 10 et à l'intérieur de celle-ci. Le système de scellement étanche 100 peut comprendre une fente de scellement étanche 110 positionnée à l'intérieur de la première patte 70. La fente de scellement étanche 110 peut s'étendre autour de la périphérie de la première patte 70 en totalité ou en partie. La fente de scellement étanche 110 peut définir un point de pivot 120 sur un côté de celle-ci et une moulure de repos 130 sur l'autre côté de celle-ci. Les dimensions et la forme de la fente de scellement étanche 110 peuvent varier. La fente de scellement étanche 110 peut être formée avec des techniques d'usinage classiques, ou d'autres types de techniques de fabrication. Le système de scellement étanche 100 peut également être utilisé avec la deuxième patte 80 et ailleurs. Le système de scellement étanche 100 peut également comprendre une plaque 140. La plaque 140 peut être positionnée à l'intérieur de la fente de scellement étanche 110. La plaque 140 peut être réalisée à partir de métaux classiques. La plaque 140 peut avoir une forme sensiblement courbe de façon à se conformer globalement à la forme de la fente de scellement étanche 110. De façon caractéristique, la plaque 140 définit deux bras supérieurs 150 qui s'étendent entre le point de pivot 120 et la moulure de repos 130. Comme cela est décrit plus en détail ci-dessous, la fente de scellement étanche 110 a un certain degré d'élasticité entre le point de pivot 120 et la moulure de repos, de telle sorte que la plaque 140 peut pivoter à l'intérieur de celle-ci. La plaque 140 définit de plus un coin 160 en dessous des deux bras supérieurs 150. Le coin 160 se conforme globalement à la taille et à la forme de la patte 70. Positionné sur un côté de la plaque 140 peut se trouver un joint d'étanchéité à câble 170. Le joint d'étanchéité à câble 170 peut être réalisé en graphite, en matériaux métalliques tressés, et en des types similaires de matériaux sensiblement déformables résistant à la température. Le joint d'étanchéité à câble 170 peut avoir une section transversale globalement circulaire, bien que d'autres formes puissent être utilisées. De même, un scellement étanche à plaque qui s'étend sur la plaque 140 en totalité ou en partie, ainsi que d'autres configurations, peuvent être utilisés. Comme représenté sur la figure 5, lorsque l'aube 10 est au repos, les bras supérieurs 150 de la plaque 140 reposent sur la moulure de repos 130 de la patte 70. Un léger espace supérieur 180 s'étend entre les bras supérieurs 150 et la fente de scellement étanche 110 au voisinage du point de pivot. De même, l'espace 90 s'étend entre la patte 70 et le rotor 20. Comme représenté en figure 6, la rotation de l'aube 10 produit une force centrifuge sur le système de scellement étanche 100. De façon caractéristique, la force centrifuge force les bras supérieurs 150 de la plaque 140 à pivoter autour du point de pivot 120, de façon à fermer l'espace supérieur 180. Ce faisant, un espace inférieur 190 est formé entre les bras supérieurs 150 de la plaque 140 et la moulure de repos 130 de la patte 70. De même, la plaque 140 force le joint d'étanchéité à câble 170 contre la fente de scellement étanche 110. Le pivotement force également le coin 160 de la plaque 140 dans l'espace 90, de façon à fermer l'espace 90, ou au moins à limiter la surface efficace de l'espace 90. Ce pivotement empêche ou réduit les fuites de l'air d'alimentation de refroidissement vers l'espace de roue lorsque l'aube 10 est à vitesse élevée ou à pleine vitesse. L'utilisation du système de scellement étanche 100 réduit par conséquent les fuites à travers l'espace 90. Une efficacité de scellement étanche similaire à celle du revêtement en aluminium couramment utilisé peut par conséquent être assurée et améliorée sans l'utilisation du matériau en aluminium. La réduction de l'écoulement de refroidissement améliore le rendement global du système. Le système de scellement étanche 100 peut être utilisé avec d'autres systèmes et procédés de scellement étanche. Liste des parties 10 Aube 20 Rotor 25 Fentes 30 Profil 40 Plateforme 50 Tige 60 Queue d'aronde 65 Carénage 70 Première patte 80 Deuxième patte 90 Espace 100 Système de joint d'étanchéité à câble et de plaque 110 Fente de scellement étanche 120 Point de pivot 130 Moulure de repos 140 Plaque 150 Bras supérieurs 160 Coin 170 Joint d'étanchéité 180 Espace supérieur 190 Espace inférieur REVENDICATIONS1. Système de scellement étanche (100) pour sceller de façon étanche un espace (90) entre une patte de queue d'aronde (70) d'une aube (10) et un rotor (20), caractérisé en ce qu'il comprend : une fente de scellement étanche (110) positionnée autour de la patte de queue d'aronde (70) ; la fente de scellement étanche (110) comprenant un point de pivot (120) et une moulure de repos (130) ; et une plaque de pivot (140) positionnée à l'intérieur de la fente de scellement étanche (110) ; la plaque de pivot (140) pivotant autour du point de pivot (120) et à l'intérieur de l'espace (90) lorsque l'aube (10) tourne. 2. Système de scellement étanche (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fente de scellement étanche (110) et la plaque de pivot (140) définissent un espace supérieur (180) lorsque l'aube (10) est au repos. 3. Système de scellement étanche (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fente de scellement étanche (110) et la plaque de pivot (140) définissent un espace inférieur (190) lorsque l'aube (10) est en mouvement. 4. Système de scellement étanche (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque de pivot (140) comprend une pluralité de bras supérieurs (150) positionnés autour du point de pivot (120) et de la moulure de repos (130). 5. Système de scellement étanche (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque de pivot (140) comprend un coin (160) positionné en dessous de la moulure de repos (130) de la fente de scellement étanche (110). 6. Système de scellement étanche (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un joint d'étanchéité (170) positionné autour de la plaque de pivot (140). 7. Système de scellement étanche (100) selon la revendication 6, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité (170) comprend un matériausensiblement déformable. 8. Système de scellement étanche (100) selon la revendication 6, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité (170) comprend un joint d'étanchéité à câble. 9. Procédé de scellement étanche d'un espace (90) entre une patte de queue d'aronde (70) d'une aube (10) et un rotor (20), caractérisé en ce qu'il comprend : le positionnement d'une plaque de pivot (140) à l'intérieur d'une fente de scellement étanche (110) de la patte de queue d'aronde (70) ; la rotation de l'aube (10) ; et le pivotement de la plaque de pivot (140) à l'intérieur de l'espace (90) sous l'effet de la force centrifuge. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend de plus le positionnement d'un joint d'étanchéité (170) autour de la plaque de pivot (140) et la déformation du joint d'étanchéité (170) contre la fente de scellement étanche (110) lorsque l'aube (10) tourne.