Brevet FR2949139A1 — publié le 20110218

JOINT D'ETANCHEITE A LABYRINTHE POUR TURBOMACHINE La présente invention concerne un joint d'étanchéité à labyrinthe pour une turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion. Un joint d'étanchéité à labyrinthe dans une turbomachine comprend en général des léchettes annulaires portées par un élément tournant de la turbomachine et coopérant avec un bloc annulaire en matière abradable porté par un élément fixe de la turbomachine, pour limiter le passage d'un fluide à travers le joint. Ce type de joint est utilisé pour créer une étanchéité entre une enceinte remplie d'air et une enceinte remplie d'un brouillard d'huile (dans laquelle est logé un palier par exemple) ou entre deux enceintes remplies d'air (telles que des enceintes de ventilation). Un joint d'étanchéité à labyrinthe est en particulier monté sur un arbre de turbomachine, les léchettes annulaires du joint à labyrinthe pouvant être directement formées sur l'arbre de turbomachine ou être rapportées et fixées sur cet arbre. Ces deux technologies présentent toutefois des inconvénients. Lorsque les léchettes annulaires sont d'une seule pièce avec l'arbre, elles sont formées sur l'arbre par usinage, ce qui est relativement long et complexe et risque d'endommager l'arbre. De plus, en cas d'usure des léchettes, il est nécessaire de recharger en matière ces léchettes et de les usiner à nouveau, ce qui peut dégrader localement les caractéristiques techniques de l'arbre, qui est une pièce fortement sollicitée en fonctionnement. Lorsque les léchettes sont rapportées et fixées sur l'arbre, elles sont portées par un anneau, appelé communément dans la technique � anneau labyrinthe �, qui est engagé sur l'arbre et est fixé par des moyens appropriés du type vis-écrou à l'arbre. Bien que l'anneau soit fixé de manière amovible sur l'arbre (ce qui facilite son remplacement en cas d'usure des léchettes), les moyens de fixation de l'anneau sont lourds et encombrants et comprennent un nombre de pièces relativement important. L'invention permet de remédier de façon simple, efficace et économique aux problèmes précités des technologies antérieures. Elle propose à cet effet un joint d'étanchéité à labyrinthe pour turbomachine, comprenant un anneau portant des léchettes annulaires externes et des moyens de fixation de l'anneau sur un arbre de la turbomachine, caractérisé en ce que l'anneau comprend des moyens d'encliquetage élastique sur l'arbre, qui coopèrent avec des moyens d'immobilisation en rotation et en translation axiale par rapport à l'arbre. L'anneau du joint à labyrinthe selon l'invention est ainsi fixé de façon simple et rapide par encliquetage élastique sur l'arbre, et est de plus immobilisé en rotation et en translation axiale sur l'arbre par ses moyens d'encliquetage. Ces moyens d'encliquetage sont avantageusement formés d'une seule pièce avec l'anneau portant les léchettes, ce qui réduit la masse et simplifie la fabrication et le montage du joint, puisque les moyens de fixation de l'anneau ne comprennent pas de moyens du type vis-écrou qui sont lourds et encombrants. L'anneau labyrinthe selon l'invention est relativement compact, léger et relativement simple à monter et à démonter, ce qui facilite la maintenance de la turbomachine. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'anneau comprend des pattes longitudinales qui comportent à une de leurs extrémités des moyens d'encliquetage élastique sur l'arbre de la turbomachine. Les moyens d'encliquetage des pattes sont notamment destinés à coopérer par butée en direction axiale avec des moyens correspondants de l'arbre pour empêcher le déplacement en direction axiale de l'anneau sur l'arbre. Ces moyens d'encliquetage sont en outre destinés à coopérer par butée en direction circonférentielle avec des moyens correspondants l'arbre, de façon à empêcher la rotation de l'anneau sur l'arbre. Chaque patte longitudinale peut-être reliée à une de ses extrémités à l'anneau et comprendre à son extrémité libre un rebord ou bec s'étendant radialement vers l'intérieur par rapport à l'axe longitudinal de l'anneau et destiné à être engagé dans une gorge annulaire externe de l'arbre de la turbomachine. Les rebords internes des pattes longitudinales peuvent coopérer par butée avec les parois latérales amont et aval définissant la gorge de l'arbre, pour immobiliser en translation axiale l'anneau sur l'arbre. L'extrémité libre de chaque patte peut être engagée dans une encoche d'un rebord annulaire de l'arbre pour être immobilisée en rotation sur l'arbre. Les pattes longitudinales peuvent en effet coopérer par butée avec les parois latérales des encoches de l'arbre, pour immobiliser en rotation l'anneau sur l'arbre. L'extrémité libre de chaque patte longitudinale peut en outre être destinée à venir en appui radial vers l'extérieur sur un élément annulaire de la turbomachine pour être maintenue dans la gorge de l'arbre en fonctionnement. Préférentiellement, les pattes longitudinales sont régulièrement réparties autour de l'axe de la bague. Elles sont par exemple au nombre de quatre et peuvent être réalisées dans un alliage métallique. La présente invention concerne également un arbre de turbomachine sur lequel est monté un joint d'étanchéité à labyrinthe tel que décrit ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend une gorge annulaire externe délimitée par deux parois annulaires, respectivement amont et aval, l'une de ces parois comportant à sa périphérie un rebord annulaire formé avec des encoches longitudinales pour le passage des moyens d'encliquetage élastique de l'anneau. Dans le cas où les moyens d'encliquetage de l'anneau sont formés par des pattes longitudinales, comme indiqué dans ce qui précède, ces pattes sont destinées à coopérer par butée en direction circonférentielle avec les parois latérales des encoches de l'arbre, pour empêcher la rotation de l'anneau labyrinthe sur l'arbre. Les rebords internes des pattes sont destinés à venir en butée sur les parois latérales de la gorge de l'arbre pour empêcher le déplacement en direction axiale de l'anneau sur l'arbre. L'anneau du joint est avantageusement monté par ajustement serré sur une surface cylindrique externe de l'arbre. Selon une autre caractéristique de l'invention, un tourillon est engagé sur l'arbre et comporte une jupe cylindrique entourant la gorge annulaire précitée de l'arbre et des parties d'extrémité des moyens d'encliquetage de l'anneau. En fonctionnement, les pattes longitudinales de l'anneau labyrinthe sont soumises à des forces centrifuges qui les sollicitent radialement vers l'extérieur. Les extrémités libres des pattes longitudinales sont destinées à venir en appui sur la surface cylindrique interne de la jupe du tourillon pour les empêcher de sortir de la gorge annulaire de l'arbre. La présente invention concerne encore un anneau labyrinthe pour un joint tel que décrit ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend une partie cylindrique formée avec des léchettes annulaires externes, et des pattes longitudinales s'étendant depuis une extrémité de cette partie cylindrique et comportant à leurs extrémités libres des rebords ou des becs d'encliquetage élastique. L'invention concerne enfin une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un anneau labyrinthe tel que décrit ci-dessus. La présente invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique partielle en perspective d'un arbre de turbomachine sur lequel sont formées des léchettes annulaires externes d'un joint d'étanchéité à labyrinthe, - la figure 2 est une vue schématique partielle en perspective d'un arbre de turbomachine sur lequel est monté un joint d'étanchéité à labyrinthe selon la technique antérieure, - la figure 3 est une vue schématique partielle en perspective d'un arbre de turbomachine sur lequel est monté un joint d'étanchéité à labyrinthe selon l'invention, - la figure 4 est une vue en coupe axiale du joint à labyrinthe et de l'arbre de la figure 3, - la figure 5 est une vue schématique en perspective de l'anneau labyrinthe selon l'invention, et - la figure 6 est une vue schématique à plus grande échelle d'une partie de l'arbre représenté aux figures 3 et 4. On se réfère d'abord aux figures 1 et 2 qui représentent des technologies antérieures à la présente invention, chacune de ces figures représentant un arbre de turbomachine 10, 10' équipé d'un joint d'étanchéité, ce joint comportant des léchettes annulaires externes 12, 12' portées par l'arbre et entourées par un élément annulaire fixe en matière abradable (non représenté). L'arbre 10 de la figure 1 est formé d'une seule pièce avec les léchettes annulaires 12, qui sont réalisées sur cet arbre par usinage. Les léchettes 12' de la figure 2 sont portées par un anneau labyrinthe cylindrique 14' qui est rapporté et fixé sur l'arbre 10'. L'anneau 14' est engagé sur l'arbre 10' et comprend à une extrémité une bride annulaire externe 16' de fixation par des moyens 18' du type vis-écrou sur une bride annulaire externe correspondante de l'arbre. Les technologies des figures 1 et 2 présentent toutefois des inconvénients décrits plus haut. La présente invention permet de remédier à ces inconvénients grâce à un joint d'étanchéité à labyrinthe comportant un anneau labyrinthe et des moyens d'encliquetage élastique de cet anneau sur l'arbre, ces moyens d'encliquetage coopérant avec des moyens complémentaires de l'arbre pour immobiliser en rotation et en translation axiale l'anneau sur l'arbre. Dans l'exemple de réalisation de l'invention représenté aux figures 3 à 6, l'anneau labyrinthe 114 comprend une partie cylindrique formée avec des léchettes annulaires externes 112, et des pattes longitudinales 120 qui s'étendent vers l'aval depuis le bord périphérique aval de l'anneau (ou vers l'amont depuis le bord périphérique amont de l'anneau) et qui comprennent à leurs extrémités libres des moyens d'encliquetage élastique sur l'arbre. Les pattes longitudinales 120 sont ici au nombre de quatre et sont régulièrement réparties autour de l'axe A de l'anneau et de la partie cylindrique, cet axe A étant ici confondu avec l'axe de l'arbre 110. Chaque patte 120 a une de ses extrémités longitudinales reliées au bord périphérique précité de l'anneau et son extrémité opposée libre a une forme sensiblement en T et comprend un rebord ou bec radial interne 122 et un rebord ou bec radial externe 124. Les pattes 120 sont relativement souples et élastiquement déformables en flexion, notamment vers l'extérieur. Ces pattes 120 sont par exemple réalisées dans un alliage métallique à base de nickel, tel que du Z12CNDV12. L'arbre 110 sur lequel est monté l'anneau labyrinthe 114 selon l'invention comprend une surface cylindrique externe 126 sur laquelle est montée par ajustement serré la partie cylindrique de l'anneau, et une gorge annulaire 128 débouchant radialement vers l'extérieur et dans laquelle sont engagés par encliquetage élastique les rebords internes 122 des pattes de l'anneau (figures 4 et 6). La gorge annulaire 128 de l'anneau est délimitée par deux parois annulaires 130, 132 de l'arbre, respectivement amont et aval, la paroi annulaire 130 située du côté de la surface cylindrique 126 précitée comportant à sa périphérie un rebord annulaire formé avec des encoches longitudinales 134 de passage des pattes (figures 3, 4 et 6). Les rebords internes 122 des pattes sont destinés à venir en appui axial sur les parois 130, 132 de la gorge 128 de l'arbre pour immobiliser en direction axiale l'anneau sur l'arbre. Les pattes 120 sont en outre destinées à venir en appui circonférentiel par ces bords latéraux sur les parois latérales des encoches 134 de l'arbre, pour immobiliser en rotation l'anneau sur l'arbre. Les rebords externes 124 des pattes sont destinés à coopérer par appui radial vers l'extérieur sur un élément annulaire 136 engagé sur l'arbre et entourant les extrémités libres des pattes 120 (figure 2), pour empêcher les pattes de se déformer vers l'extérieur en fonctionnement et de sortir de la gorge externe 128 de l'arbre sous l'effet des forces centrifuges. L'élément annulaire est ici un tourillon 136 dont une jupe cylindrique coiffe les extrémités libres des pattes 120. L'anneau labyrinthe 114 selon l'invention est monté sur l'arbre de turbomachine 110 de la façon suivante : l'anneau labyrinthe 114 est aligné avec l'arbre 110 et ses pattes longitudinales 120 sont alignées axialement avec les encoches 134 de l'arbre. L'anneau est ensuite engagé sur l'arbre jusqu'à ce que sa partie cylindrique 126 soit montée autour de la surface cylindrique 126 de l'arbre et que ses pattes 120 soient logées dans les encoches 134 et leurs rebords internes 122 soient engagés dans la gorge interne 128 de l'arbre. Lors de leur déplacement axial sur l'arbre, les pattes 120 se déforment élastiquement en s'écartant radialement les unes des autres vers l'extérieur, puis retournent sensiblement à leur état initial sans contrainte lorsque leurs rebords internes 122 sont logés dans la gorge 128 de l'arbre. Le tourillon 136 est ensuite engagé sur l'arbre et fixé sur celui-ci dans une position où sa jupe cylindrique entoure les extrémités libres des pattes 120 et empêche leur sortie de la gorge de l'arbre en fonctionnement (figure 4). Une pièce de révolution 138 du stator de la turbomachine est ensuite engagée sur l'arbre et autour de la partie cylindrique de l'anneau 114, de façon à ce que les léchettes 112 de l'anneau labyrinthe puissent coopérer en fonctionnement avec un bloc annulaire 140 en matière abradable porté par cette pièce de révolution (figure 4). Dans un exemple particulier de réalisation de l'invention, l'anneau labyrinthe 114 a une longueur comprise entre 40 et 50mm environ et ses pattes 120 ont une longueur comprise entre 12 et 20mm environ. Ces pattes ont une largeur comprise entre 4 et 8mm environ et une épaisseur de l'ordre de 1-2mm environ. REVENDICATIONS1. Joint d'étanchéité à labyrinthe pour turbomachine, comprenant un anneau cylindrique (114) portant des léchettes annulaires externes (112) et des moyens de fixation de l'anneau sur un arbre (110) de la turbomachine, caractérisé en ce que l'anneau comprend des moyens (120) d'encliquetage élastique sur l'arbre (110), qui coopèrent avec des moyens d'immobilisation en rotation et en translation axiale par rapport à l'arbre. 2. Joint d'étanchéité à labyrinthe selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'anneau comprend des pattes longitudinales (120) qui comportent à une de leurs extrémités des moyens (122) d'encliquetage élastique sur l'arbre de la turbomachine. 3. Joint d'étanchéité à labyrinthe selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque patte longitudinale (120) est reliée à une de ses extrémités à l'anneau et comprend à son extrémité libre un rebord ou bec (122) s'étendant radialement vers l'intérieur par rapport à l'axe longitudinal (A) de l'anneau et destiné à être engagé par encliquetage élastique dans une gorge annulaire externe (128) de l'arbre (110) de la turbomachine. 4. Joint d'étanchéité à labyrinthe selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'extrémité libre de chaque patte (120) est destinée à être engagée dans une encoche (134) d'un rebord annulaire de l'arbre pour être immobilisée en rotation sur l'arbre. 5. Joint d'étanchéité à labyrinthe selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que l'extrémité libre de chaque patte longitudinale (120) est destinée à venir en appui radial vers l'extérieur sur un élément annulaire (136) de la turbomachine pour être maintenue dans la gorge (128) de l'arbre en fonctionnement de la turbomachine. 6. Joint d'étanchéité à labyrinthe selon l'une des revendication 2 à 5, caractérisé en ce que les pattes longitudinales (120) sontrégulièrement réparties autour de l'axe longitudinal (A) de l'anneau, et sont par exemple au nombre de quatre. 7. Joint d'étanchéité à labyrinthe selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'anneau (114) et ses moyens d'encliquetage élastique (120) sont réalisés d'une seule pièce, par exemple dans un alliage métallique. 8. Arbre (110) de turbomachine sur lequel est monté un joint d'étanchéité à labyrinthe selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une gorge annulaire externe (128) délimitée par deux parois annulaires (130, 132), respectivement amont et aval, l'une de ces parois comportant à sa périphérie un rebord annulaire formé avec des encoches longitudinales (134) pour le passage des moyens d'encliquetage élastique (120) de l'anneau (114). 9. Arbre selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'anneau (114) est monté par ajustement serré sur une surface cylindrique externe (126) de l'arbre (110). 10. Arbre selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce qu'il porte un tourillon (136) qui est engagé sur l'arbre et comporte une jupe cylindrique entourant la gorge annulaire (128) précitée de l'arbre et des parties d'extrémité des moyens d'encliquetage élastique (120) de l'anneau (114). 11. Anneau (114) pour un joint d'étanchéité à labyrinthe selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend une partie cylindrique formée avec des léchettes annulaires externes (112), et des pattes longitudinales (120) s'étendant depuis une extrémité de cette partie cylindrique et comportant à leurs extrémités libres des rebords (122) ou des becs d'encliquetage élastique. 12. Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un joint d'étanchéité à labyrinthe selon l'une des revendications 1 à 7.