Brevet FR3027646A1 — publié le 20160429

JOINT D'ETANCHEITE ANNULAIRE, NOTAMMENT POUR TURBOMACHINE DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION L'invention se rapporte au domaine général des turbomachines. Elle concerne plus particulièrement un joint d'étanchéité annulaire pour garantir l'étanchéité entre un couvercle et une pièce de support de pallier d'une turbomachine. ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION Une turbomachine comprend classiquement une turbine à gaz composée d'une pluralité d'étages d'aubes fixes constituant un stator, et d'une pluralité d'étages d'aubes mobiles constituant un rotor monté sur un arbre de turbine. L'arbre de turbine est centré et guidé en rotation par des paliers. Pour limiter leur usure par frottement, les paliers nécessitent une alimentation continue en huile. Ils sont ainsi disposés dans des enceintes contenant de l'air huilé. La figure 1 représente une coupe longitudinale d'une extrémité aval d'une telle turbomachine 10, relativement à l'axe longitudinal X selon lequel s'étend la turbomachine. On note que l'amont et l'aval sont à considérer relativement au sens d'écoulement d'air au sein de la turbomachine. Ladite turbomachine 10 comporte un arbre de turbine 11 et des paliers, dont un palier aval 12 visible à la figure 1. On note que l'appellation « palier aval » fait référence au palier situé le plus en aval de la turbomachine. Le palier aval 12 est maintenu par une pièce de support 13 annulaire fixée au stator 14 de la turbomachine 10 au moyen de systèmes vis-écrous 15. Comme précédemment évoqué, le palier aval 12 est logé dans une enceinte 16 contenant de l'air huilé. L'enceinte 16 est en sous-pression par rapport à une enceinte accolée 37, l'enceinte 16 et l'enceinte 37 communiquant via des systèmes d'étanchéité 17. Cela permet de confiner l'air huilé dans l'enceinte 16 entre les systèmes d'étanchéité 17, du fait de la différence de pression. Pour cela, de l'air sous pression prélevé sur un compresseur basse pression de la turbomachine 10 est injecté dans l'enceinte accolée 37. Un couvercle 18 annulaire est monté sur la pièce de support 13. Plus précisément, le couvercle 18 comporte une face d'extrémité amont 19, annulaire et s'étendant radialement, fixée sur une face d'extrémité aval 20 de la pièce de support 13, également annulaire et s'étendant radialement. Les figures 2, 3 et 4 montrent respectivement une vue en perspective du couvercle 18, une vue de face du couvercle 18, et une vue de face de la pièce de support 13, toutes vues depuis l'aval de la turbomachine 10. La face d'extrémité amont 19 du couvercle 18 comporte une pluralité de premières ouvertures 21 traversantes destinées à être mises en regard d'une pluralité de deuxièmes ouvertures 22 traversantes pratiqués sur la face d'extrémité aval 20 de la pièce de support 13, pour fixation du couvercle 18 sur la pièce de support 13 au moyen d'un système vis-écrou. On note, à la figure 4, que la pièce de support 13 comporte une pluralité de troisièmes ouvertures 23 traversantes pour sa fixation sur le stator 14, comme expliqué précédemment. Par ailleurs, la face d'extrémité aval 20 de la pièce de support 13 comporte une embase 24 pour un tube 25 d'arrivée d'huile, ledit tube 25 d'arrivée d'huile permettant d'alimenter l'enceinte 16 en huile. En outre, le couvercle 18 comporte une première encoche 26 traversante pour permettre l'accès à l'embase 24 depuis l'aval lorsque le couvercle 18 et la pièce de support 13 sont assemblés. De plus, la face d'extrémité aval 20 de la pièce de support 13 comporte un embout 27 pour un tube 28 de sortie d'huile, ledit tube 28 permettant d'évacuer l'huile de l'enceinte 16. En outre, le couvercle 18 comporte une deuxième encoche 29 traversante pour permettre l'accès à l'embout 27 depuis l'aval lorsque le couvercle 18 et la pièce de support 13 sont assemblés. Le couvercle 18 comporte également une pluralité de tubes 30 destinés à la circulation d'air à pression atmosphérique, afin mettre à pression atmosphérique des chambres 38 entourant l'enceinte accolée 37. Ces tubes 30 traversent la face d'extrémité amont 19 du couvercle 18. Le couvercle 18 est monté à étanchéité sur la pièce de support 13 au moyen d'un joint 31 d'étanchéité annulaire, en matière graphite, monté entre le couvercle 18 et la pièce de support 13. La figure 5 montre un joint 31 classiquement utilisé dans ce genre d'applications. Le joint 31 comporte des premiers trous 32 traversants destinés à être centrés sur les premières ouvertures 21 de la face d'extrémité amont 19 du couvercle 18 et sur les deuxièmes ouvertures 22 de la face d'extrémité aval 20 de la pièce de support 13. Ainsi, comme le montre la figure 6, qui représente une vue en coupe selon l'axe longitudinal X d'un premier trou 32, les premiers trous 32 permettent de laisser passer des vis de fixation 33 utilisées pour la fixation du couvercle 18 sur la pièce de support 13. Chaque vis de fixation 33 est insérée depuis l'aval, et traverse donc, de l'aval vers l'amont : une première ouverture 21, un premier trou 32, et une deuxième ouverture 22. Le joint 31 comporte également des deuxièmes trous 34 traversants de forme sensiblement triangulaire, destinés à être centrés sur les extrémités des tubes 30 de circulation d'air du couvercle 18, pour permettre le passage desdits tubes 30 à travers le joint 31. En outre, le joint 31 comporte un troisième trou 35 traversant dévoilant l'embase 24 de la pièce de support 13, pour permettre la fixation du tube 25 d'arrivée d'huile sur ladite embase 24. De plus, le joint 31 comporte une entaille 36 traversante, de même forme que la deuxième encoche 29 du couvercle 18, permettant un accès à l'embout 27 de la pièce de support 13 depuis l'aval. Malgré la présence du joint 31 entre le couvercle 18 et la pièce de support 13, de nombreux cas de fuite d'huile sont recensés. Il s'avère en effet qu'avec le temps, le joint 31 est susceptible de s'imbiber d'huile, ce qui est à l'origine de son effritement. Le joint 31 perd alors en épaisseur, ce qui créé un jeu entre la face d'extrémité amont 19 du couvercle 18 et la face d'extrémité aval 20 de la pièce de support 13 aggravant davantage le phénomène d'endommagement du joint, car ce jeu engendre des vibrations entre les pièces qui viennent user le joint. L'étanchéité de l'enceinte 16 n'est alors plus garantie. Le joint 31 est également plus facilement susceptible de se déchirer, notamment dans la zone particulièrement fragile de l'entaille 36. Le joint 31 se désengage alors l'espace compris entre le couvercle 18 et la pièce de support 13, n'assurant plus l'étanchéité de l'enceinte 16. Les fuites d'huile augmentent la consommation en huile de la turbomachine, et peuvent également entraîner des dépôts de coke sur les composants de la turbomachine situés à proximité de la fuite, réduisant ainsi leur durée de vie. DESCRIPTION GENERALE DE L'INVENTION L'invention a pour objet d'améliorer l'étanchéité entre le couvercle et la pièce de support. Selon un premier aspect, l'invention concerne donc un joint d'étanchéité annulaire, comportant : - une couche intercalaire en acier inoxydable, et - deux couches de revêtement en métal résistant à chaud et deformable, disposées de part et d'autre de la couche intercalaire. Le joint d'étanchéité selon le premier aspect de l'invention est de forme et de dimensions similaires au joint selon l'art antérieur, ce qui évite de modifier les pièces à son contact. Toutefois, la matière du joint d'étanchéité selon l'invention est différente de celle du joint selon l'art antérieur en graphite. En effet, le joint selon l'invention comporte une couche intercalaire en acier inoxydable, qui est un matériau suffisamment rigide pour ne pas s'écraser et perdre en épaisseur. De plus, dans un mode de réalisation, le coefficient de dilatation de l'acier inoxydable constituant la couche intercalaire est similaire au coefficient de dilatation des vis de fixation maintenant le couvercle sur la pièce de support. De plus, les deux couches de revêtement en métal deformable assurent une souplesse du joint nécessaire pour assurer sa fonction d'étanchéité. Enfin, les trois couches sont résistantes aux contraintes thermiques extrêmes rencontrées au sein d'une turbomachine. Outre les caractéristiques qui viennent d'être évoquées dans le paragraphe précédent, le joint d'étanchéité selon le premier aspect de l'invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles. Dans un mode de réalisation non limitatif, le métal des couches de revêtement est constitué de cuivre. Dans un mode de réalisation alternatif, le métal des couches de revêtement est constitué d'argent. Dans un mode de réalisation non limitatif, l'épaisseur de chacune des couches de revêtement est comprise entre 2,5% et 19% de l'épaisseur totale du joint d'étanchéité. Dans un mode de réalisation non limitatif, l'épaisseur totale du joint d'étanchéité vaut sensiblement 0,8mm. Selon un deuxième aspect, l'invention concerne l'utilisation d'un joint d'étanchéité selon le premier aspect de l'invention, comme moyen d'étanchéité entre un couvercle et une pièce de support de pallier d'une turbomachine. L'invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Les figures ne sont présentées qu'a titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent : - à la figure 1, une coupe longitudinale d'une extrémité aval d'une turbomachine, ladite turbomachine comportant une pièce de support de pallier et un couvercle fixé sur ladite pièce ; - à la figure 2, une vue en perspective du couvercle de la figure 1, vue depuis l'aval de la turbomachine ; - à la figure 3, une vue de face du couvercle de la figure 1, vue depuis l'aval de la turbomachine ; - à la figure 4, une vue de face de la pièce de support de pallier de la figure 1, vue depuis l'aval de la turbomachine ; - à la figure 5, une vue de face d'un joint d'étanchéité annulaire, destiné à être placé entre le couvercle et la pièce de support de pallier de la figure 1, selon l'art antérieur ; - à la figure 6, une vue en coupe d'une vis de fixation permettant la fixation du couvercle sur la pièce de support de pallier de la figure 1; - à la figure 7, une vue en perspective d'une partie d'un joint d'étanchéité annulaire, destiné à être placé entre le couvercle et la pièce de support de pallier de la figure 1, selon un mode de réalisation non limitatif de l'invention ; - à la figure 8, un agrandissement d'une zone entourée de la figure 7. DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION DE L'INVENTION La figure 7 montre une vue en perspective d'une partie d'un joint 40 d'étanchéité annulaire selon un mode de réalisation de l'invention. Le joint 40 selon l'invention est destiné à assurer l'étanchéité entre la face d'extrémité amont 19 du couvercle 18 et la face d'extrémité aval 20 de la pièce de support 13 de pallier de la turbomachine 10. Le joint 40 est de mêmes dimensions et de même forme que le joint 31 selon l'art antérieur précédemment décrit. Ainsi, le joint 40 comporte : - une pluralité de premiers trous traversants 41 pour permettre la fixation de la face d'extrémité amont 19 du couvercle 18 sur la face d'extrémité aval 20 la pièce de support 13, dont deux sont visibles à la figure 7; - une pluralité de deuxièmes trous traversants (non visibles sur la partie du joint 40 montrée à la figure 7) pour permettre le passage des tubes 30 de circulation d'air du couvercle 18 ; - un troisième trou traversant (non visible sur la partie du joint 40 montrée à la figure 7) pour permettre le passage de l'embase 24 de la pièce de support 13; - une entaille 42 traversante, de forme similaire à la deuxième encoche 29 du couvercle 18, pour permettre l'accès à l'embout 27 de la pièce de support 13. La figure 8 est un agrandissement d'une zone entourée de la figure 7, située au niveau de l'entaille 42. La figure 8 montre que le joint 40 d'étanchéité est constitué de trois couches 43, 44, 45 superposées dans son épaisseur E. Le joint 40 comporte successivement : - une première couche d'épaisseur uniforme, dite première couche de revêtement 43; - une deuxième couche d'épaisseur uniforme, dite couche intercalaire 44; - une troisième couche d'épaisseur uniforme, dite deuxième couche de revêtement 45. La première couche de revêtement 43 et la deuxième couche de revêtement 45 sont ainsi situées de part et d'autre de la couche intercalaire 44. Dans un mode de réalisation, la première couche de revêtement 43 et la deuxième couche de revêtement 45 ont été déposées par voie électrochimique sur la couche intercalaire 44. Alternativement, la première couche de revêtement 43 et la deuxième couche de revêtement 45 ont été fixées à la couche intercalaire 44 par trempage. La couche intercalaire 44 est formée d'acier inoxydable, matière rigide et résistante à la chaleur couramment utilisée dans le domaine des turbomachines. La couche intercalaire 44 est ainsi suffisamment rigide pour ne pas perdre en épaisseur lorsqu'elle est comprimée par l'assemblage du couvercle 18 sur la pièce de support 13, et elle ne s'effrite pas au contact d'huile. La couche intercalaire 44 garantit donc la solidité du joint 40. Par ailleurs, la fonction d'étanchéité du joint 40 est assurée par la première couche de revêtement 43 et la deuxième couche de revêtement 45. En effet, la première couche de revêtement 43 et la deuxième couche de revêtement 45 sont formées d'un métal deformable, par exemple du cuivre ou de l'argent. La souplesse du cuivre ou de l'argent permet à la première couche de revêtement 43 et la deuxième couche de revêtement 45 de s'écraser sous l'effet de l'assemblage du couvercle 18 sur la pièce de support 13, ce qui garantit l'étanchéité entre le couvercle 18 et la pièce de support 13. De plus, le cuivre et l'argent sont des métaux résistants à des contraintes thermiques fortes, ce qui est primordial étant donné son emplacement dans la turbomachine 10. Dans le mode de réalisation décrit et illustré aux figures 7 et 8, le joint 40 est d'épaisseur E=0,8 millimètres : la couche intercalaire est d'épaisseur d1=0,7 millimètres et chacune des couches de revêtement 43, 45 est d'épaisseur d2=0,05 millimètres. L'épaisseur d2 de chacune des couches de revêtement 43, 45 représente donc 6,25% de l'épaisseur totale E du joint 40. Toutefois, une épaisseur d2 de couche de revêtement comprise entre 0,02 et 0,15 millimètres est envisageable : dans ce cas, l'épaisseur d2 de couche de revêtement représente entre 2,5 et 19% de l'épaisseur totale E du joint 40. Le pourcentage d'épaisseur d2 choisi influence les propriétés de rigidité, souplesse et d'étanchéité du joint 40. En effet, le joint 40 doit être suffisamment rigide pour être solide, mais suffisamment souple pour assurer sa fonction d'étanchéité. Le joint 40 selon l'invention est donc une solution simple au problème de fuites d'huile, évitant d'avoir à modifier les pièces l'environnant. REVENDICATIONS1. Joint (40) d'étanchéité annulaire, comportant : - une couche intercalaire (44) en acier inoxydable, et - deux couches de revêtement (43, 45) en métal résistant à chaud et deformable, disposées de part et d'autre de la couche intercalaire (44). 2. Joint (40) d'étanchéité selon la revendication précédente, dans lequel le métal des couches de revêtement (43, 45) est constitué de cuivre. 3. Joint (40) d'étanchéité selon la revendication 1, dans lequel le métal des couches de revêtement (43, 45) est constitué d'argent. 4. Joint (40) d'étanchéité selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'épaisseur (d2) de chacune des couches de revêtement (43, 45) est comprise entre 2,5% et 19% de l'épaisseur totale (E) du joint d'étanchéité (40). 5. Joint (40) d'étanchéité selon l'une des revendications précédentes, dont l'épaisseur totale (E) vaut sensiblement 0,8mm. 6. Utilisation d'un joint (40) d'étanchéité selon l'une des revendications précédentes, comme moyen d'étanchéité entre un couvercle (18) et une pièce de support (13) de pallier d'une turbomachine (10).