Brevet FR3042553A1 — publié le 20170421

JOINT-LABYRINTHE D'ÉTANCHÉITÉ À DENTS RUGUEUSES 1. Domaine technique de l'invention L'invention concerne un joint-labyrinthe d'étanchéité destiné à être agencé entre un rotor et stator d'une turbomachine. L'invention concerne également une turbomachine équipée d'un tel joint-labyrinthe d'étanchéité. 2. Arrière-plan technologique Les joints-labyrinthes sont des dispositifs d'étanchéité dynamique sans contact qui permettent d'étanchéifier des surfaces tout en permettant un mouvement relatif de ces surfaces. Un joint-labyrinthe connu destiné à être agencé entre un rotor et un stator d'une turbomachine comprend : une partie fixe comprenant un matériau de stator qui peut être un matériau abradable en fonction des caractéristiques propres du stator. Dans toute la description qui suit, nous considérons que le matériau du stator est un matériau adapté pour un comportement à la touche et est désigné par matériau abradable car s'usant préférentiellement au matériau du rotor agencé en vis-à-vis, - des dents annulaires destinées à être portées par le rotor en regard du stator et comprenant chacune une surface de touche externe configurée pour pouvoir pénétrer dans le matériau abradable du stator en cas de contact radial entre ledit rotor et ledit stator. Ainsi, un tel joint-labyrinthe permet de réduire au maximum le jeu radial entre le rotor et le stator, ce qui permet d'améliorer le rendement de la turbine par exemple, tout en limitant l'usure du joint lors d'un contact entre les dents annulaires et le stator. En effet, lors d'un contact, les dents pénètrent dans le matériau abradable et limitent ainsi la casse, la détérioration et l'usure prématurée des dents du joint-labyrinthe. Les inventeurs ont remarqué que la pénétration des dents du joint- labyrinthe dans le matériau abradable agencé en regard génère à la fois des débris pulvérulents qui sont naturellement évacués et un film ductile et cohésif qui vient 3042553 2 se loger dans le fond du sillon formé dans le matériau du stator par le passage des dents. Ce film ductile est formé et alimenté par les particules d'abrasion non évacuées et piégées par l'extrémité de la dent. Au cours de l'interaction de la dent 5 avec le matériau abradable, le film s'épaissit et génère des bourrelets de matière de part et d'autre du sillon formée dans le matériau par la dent. Cette matière non évacuée peut perturber le flux d'air et limiter la pénétration de la dent dans le matériau lors d'un contact futur. En outre, ces débris de grande dimension peuvent entrainer des blocages 10 moteurs à froid. Jusqu'à présent, les acteurs du domaine technique se sont essentiellement concentrés sur le choix du bon matériau abradable en fonction des conditions visées d'utilisation, de température, d'érosion ou de touche. Cette solution présente néanmoins l'inconvénient de devoir définir un 15 matériau abradable spécifique à chaque utilisation visée et aux performances recherchées. Or, les matériaux abradables ont des performances propres et leur domaine d'utilisation n'est donc pas aussi large que nécessaire. Par exemple, les feutres métalliques présentent un bon comportement à la touche, mais leur résistance à l'érosion est faible. Le matériau abradable est donc en général 20 déterminé de manière à optimiser un besoin spécifique au détriment d'autres comportements. Les inventeurs ont donc cherché à proposer un nouveau type de joint-labyrinthe d'étanchéité permettant de pallier ces différents problèmes. 3. Objectifs de l'invention 25 L'invention vise à pallier au moins certains des inconvénients des joints- labyrinthes d'étanchéité connus. En particulier, l'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation de l'invention, un joint-labyrinthe qui permet de limiter les efforts durant la touche entre une dent et le matériau abradable. 30 L'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un joint-labyrinthe qui permet d'améliorer le comportement à la touche du joint- 3042553 3 labyrinthe. L'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation de l'invention, un joint-labyrinthe qui permet de limiter la taille des débris lors du contact et donc de faciliter l'évacuation de ces débris. 5 L'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un joint-labyrinthe qui permet de limiter la formation de bourrelets de matière de part et d'autre des sillons formés par les dents dans le matériau abradable lors d'un contact. L'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un 10 joint-labyrinthe qui permet d'utiliser à iso configuration un matériau abradable plus résistant à l'érosion. L'invention vise aussi à fournir un turbomoteur équipé d'au moins un joint-labyrinthe d'étanchéité selon l'invention. 4. Exposé de l'invention 15 Pour ce faire, l'invention concerne un joint-labyrinthe d'étanchéité destiné à être agencé entre deux pièces concentriques de révolution autour d'un axe de rotation d'une turbomachine, dites respectivement rotor et stator, ledit joint-labyrinthe comprenant : un matériau de stator, dit matériau abradable, destiné à couvrir au 20 moins une partie dudit stator en regard du rotor, des dents destinées à être portées par ledit rotor en regard dudit matériau abradable dudit stator et comprenant chacune une surface de touche externe configurée pour pouvoir pénétrer dans ledit matériau abradable en cas de contact radial entre ledit rotor et ledit 25 stator. Un joint-labyrinthe selon l'invention est caractérisé en ce que ladite surface de touche d'au moins une dent comprend une portion rugueuse. L'invention permet donc d'améliorer le comportement abrasif à la touche du joint-labyrinthe sans néanmoins modifier sensiblement ses performances 30 d'étanchéité. En particulier, la rugosité de la surface de touche de la dent favorise, lors de la pénétration de la dent dans le matériau abradable, l'émission de débris 3042553 4 de petites tailles, ce qui réduit les risques d'apparition d'agglomérats de matière. L'amélioration du comportement à la touche et l'élimination des risques de faire apparaitre des agglomérats de matière, tels que des bourrelets, au voisinage du sillon formé par le déplacement de la dent dans le matériau abradable permet 5 notamment de réduire le jeu radial prévu entre le rotor et le stator. Un joint- labyrinthe selon l'invention concourt donc à une amélioration des performances des turbomachines sur lesquelles un tel joint est monté. Enfin, les efforts générés par la touche par une dent présentant une surface de touche rugueuse sont sensiblement réduits par rapport aux efforts générés à la 10 touche par une dent dépourvue d'une surface de touche rugueuse. Selon une variante de l'invention, les dents sont des dents annulaires qui s'étendent sur toute la périphérie du rotor. Selon une autre variante, les dents s'étendent uniquement sur un secteur angulaire de la périphérie du rotor. 15 Avantageusement et selon l'invention, ladite portion rugueuse s'étend sur toute la périphérie de la dent. Selon cette variante, l'intégralité de la surface de touche de la dent est rugueuse, ce qui optimise le comportement de la dent sur toute la surface du matériau abradable avec lequel elle est en contact. 20 Différents types de rugosité sont possibles en fonction de la zone utile visée ou des conditions de touche. Avantageusement et selon l'invention, ladite portion rugueuse présente une rugosité moyenne comprise entre 5 i.tm et 500 i.tm et mesurée perpendiculairement audit axe de rotation. 25 Selon cette variante, la surface de touche est traitée de telle sorte que la portion rugueuse présente une rugosité comprise entre 5 i.tm et 500 i.tm. Cette mesure de rugosité traduit la valeur moyenne des différentes hauteurs de profil obtenues entre la hauteur de crête la plus élevée de la surface rugueuse et la profondeur de creux la plus importante de la surface rugueuse. Cette mesure est 30 réalisée, en tout point de la surface, perpendiculairement à l'axe de rotation du joint-labyrinthe. 3042553 5 Avantageusement et selon l'invention, la portion rugueuse est obtenue par sablage ou par moletage de la surface de touche. En particulier, cette rugosité de la surface de touche de la dent peut être obtenue par sablage sans motif de la surface, ce qui permet d'atteindre une 5 rugosité fine de la surface ou par moletage avec impression d'un motif en surface, ce qui permet d'atteindre une rugosité élevée de la surface. Le type de rugosité et le degré de rugosité sont fixés en fonction des besoins et des applications visées. Avantageusement et selon l'invention, la surface de touche de chaque dent annulaire comprend une portion rugueuse. 10 Selon cette variante, chaque dent présente une surface de touche comprenant une portion rugueuse, ce qui améliore le comportement global du joint-labyrinthe. L'invention concerne également un turbomoteur comprenant un stator et un rotor concentriques en rotation l'un par rapport à l'autre autour d'un axe de 15 rotation, caractérisé en ce qu'il comprend un joint-labyrinthe selon l'invention agencé entre ledit rotor et ledit stator. Un turbomoteur selon l'invention peut présenter un jeu radial minimal entre le rotor et le stator, ce qui améliore ses performances. L'invention concerne également un joint-labyrinthe et un turbomoteur 20 caractérisés en combinaison par tout ou partie des caractéristiques mentionnées ci- dessus ou ci-après. 5. Liste des figures D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée à titre uniquement non limitatif et qui se 25 réfère aux figures annexées dans lesquelles : la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un joint-labyrinthe monté entre un stator et un rotor d'une turbomachine, la figure 2 est une vue schématique de côté d'une dent d'un joint-labyrinthe selon l'art antérieur portée par un rotor, 30 la figure 3 est une vue schématique de côté d'une dent d'un joint- labyrinthe selon un mode de réalisation de l'invention portée par un 3042553 6 rotor. 6. Description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention Sur les figures, les échelles et les proportions ne sont pas strictement respectées et ce, à des fins d'illustration et de clarté. 5 La figure 1 est une vue schématique en coupe d'un joint-labyrinthe monté entre un stator 10 et un rotor 11 d'une turbomachine. Le stator 10 et le rotor 11 sont concentriques de révolution autour d'un axe 12 de rotation. Le joint-labyrinthe comprend un matériau 6 abradable couvrant la paroi 10 interne du stator 10 en regard du rotor 11. Le joint-labyrinthe comprend également une pluralité de dents 8 annulaires portées par le rotor 11. Chaque dent 8 comprend une extrémité radiale formant la surface 9 de touche externe destinée à pénétrer dans le matériau 6 abradable en cas de contact radial entre le rotor 11 et le stator 10. 15 La figure 2 est une vue schématique des dents 8 d'un joint-labyrinthe d'étanchéité selon l'état de la technique, portées par un rotor 11. Chaque dent 8 comprend une surface 9 de touche externe lisse destinée à pénétrer dans le matériau 6 abradable, non représenté sur la figure 2, en cas de contact entre le rotor 11 et le stator, non représenté sur cette figure. 20 La figure 3 est une vue schématique d'une dent 8 d'un joint-labyrinthe d'étanchéité selon un mode de réalisation de l'invention. Comme on le constate, l'extrémité radiale de la dent 8 formant la surface 9 de touche est rugueuse sur toute sa périphérie. La rugosité de la surface 9 de touche, mesurée perpendiculairement à l'axe 25 12 de rotation, est de préférence comprise entre 5 i.tm et 500 i.tm. Cette rugosité de la surface de touche est par exemple obtenue par sablage ou par moletage. Selon l'invention, le matériau 6 abradable peut être de tous types. Selon un mode de réalisation, le matériau est choisi de telle sorte qu'il présente une bonne 30 résistance à l'érosion. Selon cette variante, le comportement abrasif du matériau est moins bon que pour un matériau présentant une résistance plus faible à 3042553 7 l'érosion. Cela étant, l'amélioration du comportement à la touche compense cette perte de comportement abrasif. L'invention s'applique à tous types de matériaux pour le matériau abradable et à tous types de matériaux pour la réalisation des dents. 5 Selon une variante de réalisation de l'invention, les dents du labyrinthe sont formées en acier inoxydable et le matériau de stator est de l'aluminium. Les dents du joint sont de préférence formées en même temps que le rotor qui les porte. Ce rotor peut être de tous types selon les applications. Selon un mode de réalisation, les dents sont portées par les extrémités des aubes de rotor 10 d'une turbine. REVENDICATIONS1. Joint-labyrinthe d'étanchéité destiné à être agencé entre deux pièces concentriques de révolution autour d'un axe (12) de rotation d'une turbomachine, dites respectivement rotor (11) et stator (10), ledit joint-labyrinthe comprenant : - un matériau de stator (6), dit matériau abradable, destiné à couvrir au moins une partie dudit stator (10) en regard du rotor (11), - des dents (8) destinées à être portées par ledit rotor (11) en regard dudit matériau (6) abradable dudit stator (10) et comprenant chacune une surface (9) de touche externe configurée pour pouvoir pénétrer dans ledit matériau (6) abradable en cas de contact radial entre ledit rotor (11) et ledit stator (10), caractérisé en ce que ladite surface (9) de touche d'au moins une dent (8) comprend une portion (5) rugueuse. 2. Joint-labyrinthe selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites dents sont des dents annulaires portées par ledit rotor. 3. Joint-labyrinthe selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite portion (5) rugueuse s'étend sur toute la périphérie de la dent (8). 4. Joint-labyrinthe selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite portion (5) rugueuse présente une rugosité moyenne comprise entre 5 i.tm et 500 i.tm en Ra et mesurée perpendiculairement audit axe (12) de rotation. 5. Joint-labyrinthe selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite portion (5) rugueuse est obtenue par sablage ou par moletage de la surface de touche. 6. Joint-labyrinthe selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite surface (9) de touche de chaque dent (8) annulaire comprend une portion (5) rugueuse. 7. Turbomachine comprenant un stator (10) et un rotor (11) concentriques en rotation l'un par rapport à l'autre autour d'un axe (12) de rotation, caractérisée en ce qu'il comprend un joint-labyrinthe selon l'une des revendications 1 à 6 agencé entre ledit rotor (11) et ledit stator (10).