Brevet FR3007062A1 — publié le 20141219

JOINT AXIAL COMPRENANT UN CORPS COULISSANT DE REGLAGE DE JEU, ET TURBOMACHINE D'AERONEF DESCRIPTION Le sujet de l'invention est un joint axial comprenant un corps coulissant de réglage de jeu entre deux pièces, qui appartiennent à un rotor et un stator d'une turbomachine, ainsi qu'une turbomachine d'aéronef comprenant un tel joint. Le corps coulisse librement sur une des pièces en lui étant associé de façon étanche, et le jeu s'étend entre le corps et l'autre des pièces. Les pièces et le corps délimitent deux enceintes en communication par le jeu, soumises à des pressions différentes, et entre lesquelles on tolère un débit de fuite passant par le jeu et dont le débit dépend du jeu. Les pressions des deux enceintes soumettent le corps à une force résultante qui tend à le ramener à une position d'équilibre stable, en fonction des pressions régnant dans les enceintes. L'appareillage est en effet conçu pour que, quand le jeu est important, les pressions dans les deux enceintes tendent à s'égaliser à cause du débit de fuite plus important et produisent une résultante refermant le jeu, alors que si, au contraire, le jeu est petit, la différence de pression entre les enceintes s'accroît et produit une résultante sur le corps dans le sens de l'accroissement du jeu. De tels joints à réglage automatique et permanent du jeu sont parfois appelés « hydrostatiques », quoiqu'ils soient donc caractérisés par un corps mobile et que le fluide présent dans les enceintes soit le plus souvent de l'air. Certaines conceptions plus ou moins complexes sont les sujets des brevets français 2 683 002, 2 785 355, 2 741 110, 2 831 137 et 2 961 283. Un inconvénient de ces joints est que le jeu peut disparaître complètement dans certaines circonstances, notamment en l'absence de pressurisation. En effet, les turbomachines sont soumises à des dilatations thermiques différentielles très fréquentes qui déplacent leurs éléments mutuellement et peuvent donc approcher excessivement le corps mobile de la pièce en regard si les conditions de retour à l'équilibre sont temporairement absentes, quand la turbomachine s'arrête ou pour toute autre raison. Le corps est alors en contact frottant avec la pièce qui est en mouvement devant lui, et l'usure du joint ou même de cette pièce en est alors la conséquence. On cherche à éliminer cette situation avec l'invention. On dispose sur le corps coulissant un patin de butée, ou plusieurs de ces patins. Leur caractéristique est de saillir vers la face d'étanchéité de la pièce pouvant être soumise au contact frottant davantage que les éléments d'étanchéité montés sur le corps et qui définissent le jeu avec cette face d'étanchéité, de manière à empêcher un contact direct entre ces éléments et cette face. Plusieurs remarques doivent être faites à cette occasion. Le patin ou les patins ne doivent tout d'abord pas perturber le fonctionnement du joint existant et notamment modifier les caractéristiques du jeu, et c'est pourquoi ils s'étendent sur une partie normalement petite de la largeur du jeu, typiquement des secteurs de quelques degrés dans le cas usuel où le corps et la face d'étanchéité sont circulaires et les enceintes concentriques, de manière à ne pas compliquer l'écoulement de fuite. Si le ou les patins de butée empêchent le contact entre les éléments d'étanchéité et la face d'étanchéité de la pièce en regard, ils peuvent entrer eux-mêmes en contact avec cette pièce et reproduire les inconvénients de ces éléments d'étanchéité. C'est pourquoi il est conforme à l'invention que le ou les patins de butées soient réalisés en une matière flexible, inapte donc à produire de l'usure sur la face d'étanchéité ou à s'user elle-même de façon appréciable, puisqu'elle se courbe dès que le mouvement apparaît ; la pressurisation apparaît alors très vite et ramène le corps à sa position stable. L'effort opposé par ces patins souples est toutefois suffisant pour arrêter les mouvements accidentels du corps, aptes à produire le contact entre les éléments d'étanchéité et la face d'étanchéité pendant les périodes ou la pressurisation est faible, avant que ce contact ne soit réalisé. Le ou les patins de butée peuvent être composés par exemple de poils de brosse métallique qu'on emploie fréquemment dans les turbomachines de l'aéronautique. Un autre aspect de l'invention est une turbomachine d'aéronef comprenant ce joint. L'invention sera maintenant décrite plus en détail, en liaison aux Figures suivantes, annexées à tire purement illustratif : - la Figure 1 est une représentation d'une réalisation de l'invention en demi-coupe axiale ; et - la Figure 2 est une partie de cette réalisation en perspective. On se place dans le cas usuel où la pièce principale du joint, un corps 1, coulisse sur un stator 2, en variant sa distance à un rotor 3. Le stator 2 et le rotor 3 appartiennent à une turbomachine d'aéronef et sont circulaires et coaxiaux, alignés selon une direction axiale X. La Figure 1 illustre une demi-coupe seulement, la direction axiale X étant l'axe central de la machine, et le corps 1 et le stator 2 sont annulaires autour d'elle. Le rotor 3 comporte une face d'étanchéité 4 circulaire et plane, située en regard du corps 1. Le stator 2 est évidé en son centre, en forme de manchon, et sépare une enceinte interne 5 d'une enceinte externe 6. Le corps 1 comprend une bague circulaire 7, disposée autour d'un joint d'étanchéité secondaire 8 logé dans une gorge de la face externe du stator 2. C'est par ce joint d'étanchéité secondaire 8 que le corps 1 est soutenu par le stator 2 et peut coulisser par rapport à lui. Le corps 1 comprend encore des léchettes 9, qui sont des crêtes circulaires saillant vers la face d'étanchéité 4 et qui définissent un jeu 10 avec elle. Les enceintes 5 et 6 sont à des pressions différentes en fonctionnement normal, et communiquent par un passage circulaire 11, situé entre le corps 1 et la face d'étanchéité 4, et tolérant un débit de fuite dont les caractéristiques sont régies avant tout par le jeu 10. Ainsi qu'on l'a mentionné, la différence de pression dans les enceintes 5 et 6, qui sont définies à la fois par le corps 1, le stator 2 et le rotor 3, exerce une résultante sur celui-là, qui le fait coulisser librement autour du joint d'étanchéité secondaire 8, jusqu'à un état d'équilibre stable, le jeu 10 alors obtenu dépendant de cette différence de pression. Il est conforme à l'invention d'ajouter à ce dispositif au moins un patin de butée 12, encastré dans le corps 1 de manière à saillir en direction de la face d'étanchéité 4 davantage que les léchettes 9, de sorte que le jeu 13 entre le patin de butée 12 et la face d'étanchéité 4 est plus petit que le jeu 10. On a représenté un seul patin de butée 12, mais plusieurs peuvent être prévus, par exemple trois ou quatre répartis autour de la circonférence. Le patin de butée 12 ne sert pas à contrarier le débit de fuite et a, avantageusement, une largeur petite par rapport à celle du passage 11 : il peut occuper un secteur angulaire de quelques degrés seulement, dans le cas d'un passage 11 annulaire. Une caractéristique essentielle du patin de butée 12 est qu'il doit pouvoir fléchir pour éviter autant que possible l'usure sur lui-même ou sur la face d'étanchéité 4. Il est, dans une réalisation préférée de l'invention, construit en poils de brosse métallique, mais d'autres matériaux, comme les composites, peuvent être proposés. Sa rigidité est toutefois suffisante pour empêcher le jeu 10 de disparaître complètement, puisque l'élasticité des poils empêche de trop l'écraser sur la face d'étanchéité 4. Il est serti dans une douille 14, encastrée dans un perçage du corps 1. Il évite donc le contact entre les léchettes 9 et la face d'étanchéité 4, notamment dans des conditions statiques de la machine. Quand le mouvement reprend entre le rotor 3 et le stator 2, le fonctionnement de la machine engendre rapidement une surpression, qui ramène le corps 1 à une position normale, sans risque de frottement avec le rotor 3. REVENDICATIONS1) Joint axial entre une première pièce (2) et une seconde pièce (3) alignées dans une direction axiale (X), le joint comprenant un corps (1) coulissant librement sur la première pièce (2) dans la direction axiale et comprenant des éléments d'étanchéité (9) saillant dans la direction axiale vers une face d'étanchéité (4) de la seconde pièce (3) qui est sécante à la direction axiale, les éléments d'étanchéité et la face d'étanchéité restreignant une communication entre deux enceintes (5, 6) délimitées par la première pièce, la seconde pièce et le corps, caractérisé en ce que le corps comporte au moins un patin de butée (12) saillant dans la direction axiale à côté des éléments d'étanchéité (9), dépassant des éléments d'étanchéité vers la face d'étanchéité et en matière flexible. 2) Joint axial suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le corps et les éléments d'étanchéité sont circulaires et continus, la face d'étanchéité (4) est plane et perpendiculaire à la direction axiale (X) et le patin de butée (12) s'étend sur un secteur de circonférence. 3) Joint axial suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le patin d'étanchéité est composé de poils de brosse. 4) Turbomachine d'aéronef équipée d'un joint axial selon l'une quelconque des revendications précédentes.