Brevet FR3059041A1 — publié le 20180525

Dispositif de pilotage rotor/stator avec léchette à ressort La présente invention concerne le domaine des dispositifs 5 d'étanchéité, et plus particulièrement des dispositifs d'étanchéité à labyrinthe. On trouve ce type de dispositif d'étanchéité notamment dans les turbomachines, typiquement les turboréacteurs des aéronefs. Une turbomachine comprend ordinairement une partie fixe, appelée stator, 10 qui comprend des aubes fixes, et une partie mobile, appelée rotor, qui comprend des aubes mobiles. Un flux de gaz, appelé veine, circule entre les aubes. Il est important que ce flux soit correctement canalisé. A cet effet, on cherche à minimiser les courants d'air contournant les aubes, à l'interface entre le rotor et le stator. Cette fonction est assurée 15 par des dispositifs d'étanchéité, qui comprennent chacun, d'une part, une piste solidaire du stator, et des éléments de joint en saillie radiale, appelés « léchettes » solidaires du rotor. La piste est généralement réalisée dans un matériau abradable, qui peut être plein ou alvéolé (typiquement à structure en nid d'abeille). 20 Les léchettes sont prévues pour frotter contre la piste et ainsi assurer une étanchéité dynamique aux flux gazeux. Ces léchettes peuvent se présenter sous forme de lames continues ou segmentées sur le pourtour du rotor. Elles s'étendent généralement en saillie radiale vers l'extérieur de celui-ci. 25 Une architecture de ce type est illustrée dans la demande de brevet français FR 3 027 341. En fonctionnement, les léchettes glissent sur la piste, qui subit ainsi une usure par frottement mécanique. Les cycles thermiques subis par la turbomachine peuvent engendrer des écarts dans les dilatations 30 des différentes pièces, et en particulier entre la piste et les léchettes. Selon le cycle de fonctionnement de la turbomachine, des interstices peuvent apparaître entre les léchettes et la piste, ce qui aboutit à un défaut d'étanchéité. Afin de garantir une étanchéité pérenne, il est important que le jeu 35 laissé entre les différentes pièces soit nul à tout moment. Dans ce document, l'expression « moyen de rappel » est utilisée pour désigner un organe élastique (typiquement un ressort) capable de 3059041 2 se déformer et qui reprend sa forme après avoir été contracté. Ce type de moyen inclut tous les types de ressorts, y compris les moyens de rappel par air comprimé (ressort à gaz). A cet effet, il est proposé, en premier lieu, un dispositif d'étanchéité destiné à être interposé entre une première pièce et une deuxième pièce en rotation l'une par rapport à l'autre, comportant : une base solidaire de la deuxième pièce, au moins une léchette qui s'étend sensiblement perpendiculairement à la base jusqu'à une extrémité, caractérisé en ce que la léchette comprend : une première partie solidaire de la base, une deuxième partie mobile radialement par rapport à la première partie entre une position rétractée dans laquelle l'extrémité est écartée de la première pièce, et une position déployée dans laquelle l'extrémité est au contact de la première pièce, et au moins un moyen de rappel interposé entre la première partie et la deuxième partie, appliquant un effort de rappel sur la deuxième partie et sollicitant celle-ci vers sa position déployée. Selon diverses caractéristiques prises seules ou en combinaison : le dispositif comprend plusieurs moyens de rappel, la deuxième partie est montée en translation par rapport à la première partie, la première partie est logée au moins partiellement dans la deuxième partie, ou dans une autre configuration possible la deuxième partie est logée au moins partiellement dans la première partie, le moyen de rappel est fixé sur la première partie de la léchette d'une part et sur la deuxième partie d'autre part, au moins une des fixations du moyen de rappel est réalisée au moyen d'une soudure ou d'une brasure. Il est proposé en deuxième lieu un ensemble comprenant : une première pièce formant une piste présentant une symétrie de révolution, une deuxième pièce, montée en rotation par rapport à la première pièce, 3059041 3 un dispositif d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications précédentes. Il est proposé en troisième lieu une turbomachine comprenant un stator et un rotor, et un ensemble tel que décrit ci-dessus, dont la 5 première pièce est solidaire ou constitutive du stator et la deuxième pièce solidaire ou constitutive du rotor. En variante, il est proposé une turbomachine comprenant un stator et un rotor, et un ensemble tel que décrit ci-dessus, dont la première pièce est solidaire ou constitutive du rotor et la deuxième pièce 10 solidaire ou constitutive du stator. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins, dans lesquels : 15 La FIG.1 est une vue en coupe en perspective d'un turboréacteur d'aéronef ; La FIG.2 est une vue en coupe d'un détail de la turbomachine de la FIG.1. La FIG.3 est une vue d'un détail de la FIG.2, selon l'encart III, 20 illustrant le dispositif d'étanchéité, à l'état monté, et la position déployée des léchettes. La FIG.4 est une vue similaire à la FIG.3, illustrant le dispositif d'étanchéité en cours de montage. La FIG.5 est une vue de côté d'une léchette en position rétractée. 25 La FIG.6 est une vue en coupe, selon la position de la coupe C-C sur la FIG.5. La FIG.7 est une vue de côté d'une léchette en position déployée. La FIG.8 est une vue en coupe, selon la position de la coupe E-E sur la FIG.7. 30 Sur la FIG.1 est représentée une turbomachine 1 (en l'espèce un turboréacteur) destinée à équiper un aéronef tel qu'un avion. Il s'agit ici d'un réacteur à double flux, qui comprend une soufflante 2 assurant une compression initiale de l'air entrant. L'air sortant de la soufflante 2 est séparé en deux flux, à savoir un flux primaire qui traverse toute la 35 turbomachine 1, et un flux secondaire qui le contourne. Pour comprimer et guider les gaz du flux primaire, la turbomachine 1 comprend plusieurs ensembles 3, 4, 5, 6 successifs ou étages, à 3059041 4 savoir : un compresseur 3 basse pression en aval de la soufflante 2, un compresseur 4 haute pression en aval du compresseur 3 basse pression, une chambre de combustion 5 en aval du compresseur 4 haute pression, et une turbine 6 en aval de la chambre 5 de 5 combustion. Les gaz chauds sortant par l'aval de la chambre 5 de combustion entraînent en rotation la turbine 6, qui entraîne à son tour les compresseurs 3, 4 dont elle est solidaire. Les compresseurs 3, 4 et la turbine 6 présentent une architecture 10 globalement similaire. La FIG.2 est une vue en coupe d'un détail de la turbine 6. Comme illustré sur la FIG.2, chaque ensemble 3, 4, 6 comprend : un rotor 7 incluant au moins une série de disques 8 et une pluralité d'aubes 9 mobiles qui s'étendent radialement à partir du disque 8 15 autour duquel les aubes 9 forment une corolle ; un stator 10 qui comprend un carter extérieur 11 et une pluralité d'aubes fixes 12 intercalées entre les aubes 9 mobiles du rotor 7. Comme illustré sur la FIG.2, les disques 8 sont fixés les uns aux autres pour être solidarisés en rotation. 20 On voit que l'envergure des aubes 9 croît de gauche (côté amont) à droite (côté aval), pour accompagner l'augmentation de volume de l'air à mesure que celui-ci se répand. Chaque disque 8 est entraîné en rotation autour d'un axe X commun. Les disques 8 sont reliés entre eux par des viroles inter- 25 disques 13. Chaque paire d'aubes 9 de rotor 7 séparée par une aube 12 de stator, est reliée par une virole 14 dite virole de labyrinthe. Chaque aube 12 de stator comporte une partie externe solidaire du carter 11 et un pied 15 relié à un anneau 16 symétrique de révolution par rapport à l'axe X. L'anneau 16 comprend une partie axiale, 30 cylindrique de révolution, portant une piste 17. La virole de labyrinthe 14 porte des léchettes dont les extrémités sont au contact de la piste 17 afin d'entraver le passage de l'air au pied des aubes 12 de stator. La présente invention propose une turbomachine comprenant un 35 stator 10, un rotor 7, et un dispositif 18 permettant de garantir, pour chaque ensemble 3, 4, 6, une étanchéité à l'interface entre une première pièce et une deuxième pièce, dont la première pièce est 3059041 5 solidaire ou constitutive du stator 10 et la deuxième pièce solidaire ou constitutive du rotor 7. Dans ce cas de figure, la première pièce est fixe, et la deuxième pièce est mobile en rotation par rapport à la première pièce. Dans l'exemple de réalisation présenté par la suite, la 5 première pièce est une pièce fixe se référant à l'anneau 16 et la deuxième pièce est une pièce tournante se référant à la virole de labyrinthe 14. Cet exemple n'est pas limitatif et la présente invention prévoit également la configuration inverse dans laquelle la première pièce se réfère à l'anneau 16 et la deuxième pièce se réfère à la virole 10 de labyrinthe 14. Un exemple de réalisation du dispositif d'étanchéité 18 est présenté en FIG.3. Ce dispositif 18 comprend : - une base 20 solidaire de la virole de labyrinthe 14, - au moins une léchette 19 qui s'étend sensiblement 15 perpendiculairement à la base 20 jusqu'à une extrémité 19c. La léchette 19 comprend : - une première partie 19a solidaire de la base 20, - une deuxième partie 19b mobile radialement par rapport à la première partie 19a entre une position rétractée P1 dans 20 laquelle l'extrémité 19c est écartée de l'anneau 16, et une position déployée P2 dans laquelle l'extrémité 19c est au contact de l'anneau 16, - et au moins un moyen de rappel 21 interposé entre la première partie 19a et la deuxième partie 19b et qui sollicite 25 la deuxième partie 19b vers sa position déployée P2. La mobilité radiale de la deuxième partie 19b par rapport à la première partie 19a de la léchette 19 peut être assurée par une liaison glissière comme l'illustre la FIG.3. Dans l'exemple illustré, la première partie 19a est logée au moins partiellement dans la deuxième partie 19b. En 30 variante, on peut utiliser une configuration inversée dans laquelle la deuxième partie 19b est logée au moins partiellement dans la première partie 19a. La FIG.3 illustre le dispositif à l'état monté tandis que la FIG.4 illustre le dispositif 18 au cours du montage. La piste 17 illustrée à titre 35 d'exemple non limitatif sur la FIG.3 comporte deux portions cylindriques 17a et 17b de sorte que 17a a un plus grand diamètre que 17b. En 3059041 6 position déployée P2, et à l'état monté, les extrémités 19c des léchettes 19 sont au contact des portions 17a et 17b de la piste 17. Dans la FIG.4, la flèche M indique le sens de montage du dispositif 18. Au cours de ce montage, les extrémités 19c des léchettes 5 19 sont dans un premier temps au contact de la portion 17b de la piste 17. Au fur et à mesure de la translation du dispositif 18 par rapport à l'anneau 16, le moyen de rappel 21 d'une des léchettes 19 sollicite celle-ci vers une position déployée dans laquelle son extrémité 19c est en contact avec la portion 17a de la piste 17. 10 Ainsi, la présente invention offre l'avantage de pouvoir faciliter le montage d'un dispositif d'étanchéité de type labyrinthe lorsque la piste de l'anneau 16 comporte des portions de diamètres différents. Un autre avantage de cette invention est de permettre l'utilisation de pistes plus complexes créant ainsi une configuration à double étagement selon 15 laquelle le passage du gaz serait complexifié puisque celui-ci devrait monter et descendre alternativement pour franchir l'interface. La FIG.5 est une vue de côté d'une léchette 19 en position rétractée P1 et la FIG.7 est une vue de côté d'une léchette 19 en position déployée P2. Comme illustrée dans les FIG.5 et FIG.7, la 20 deuxième partie 19b est montée en translation par rapport à la première partie 19a. Comme illustré dans le mode de réalisation des FIG.6 et FIG.8 : - la léchette 19 peut comprendre plusieurs moyens de rappel 21 25 - chaque moyen de rappel 21 est fixé sur la première partie 19a de la léchette 19 d'une part et sur la deuxième partie 19b d'autre part. La fixation des moyens de rappel 21 peut être réalisée au moyen d'une soudure, et par exemple d'une brasure. 30 La présente invention est réalisable pour tout type de léchettes qu'elles soient en métal ou en matériaux composite. Ainsi, le dispositif 18 permet de palier à l'insuffisance de dilation des matériaux de certains composants (par exemple des léchettes en matériaux composites) pour permettre un contact permanent entre les léchettes 19 35 et l'anneau 16 de sorte que l'étanchéité de l'interface entre le rotor et le stator est garantie à chaque instant. 3059041 7 La présente invention permet d'éliminer complètement le jeu entre deux pièces à tout moment de manière passive. En effet il n'est pas nécessaire que la turbomachine 1 soit en fonctionnement (pilotage de jeu actif) pour que les léchettes 19 soient au contact de la pièce 5 fixe. En supprimant ainsi les pilotages de jeu actifs, la présente invention permet de réduire le coût de développement des turbomachines car les essais moteurs destinés à étalonner la logique de pilotage ne sont alors plus nécessaires. Par ailleurs, la présente invention permet de supprimer le risque 10 de grippage du rotor 7 grâce au blocage des léchettes 19 sur la pièce fixe 16 lors d'un redémarrage du moteur en vol. REVENDICATIONS1. Dispositif (18) d'étanchéité destiné à être interposé entre une première pièce (16) et une deuxième pièce (14), mobiles en rotation l'une par rapport à l'autre, comportant : - une base (20) solidaire de la première pièce (14), - au moins une léchette (19) qui s'étend sensiblement perpendiculairement à la base (20) jusqu'à une extrémité (19c), caractérisé en ce que la léchette (19) comprend : - une première partie (19a) solidaire de la base (20), - une deuxième partie (19b) mobile radialement par rapport à la première partie (19a) entre une position rétractée (P1) dans laquelle l'extrémité (19c) est écartée de la première pièce (16), et une position déployée (P2) dans laquelle l'extrémité (19c) est au contact de la première pièce (16), - et au moins un moyen de rappel (21) interposé entre la première partie (19a) et la deuxième partie (19b), appliquant un effort de rappel sur la deuxième partie (19b) et sollicitant celle-ci vers sa position déployée (P2). 2. Dispositif (18) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs moyens de rappel (21). 3. Dispositif (18) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième partie (19b) est montée en translation par rapport à la première partie (19a). 4. Dispositif (18) selon la revendication 3, caractérisé en ce que la première partie (19a) est logé au moins partiellement dans la deuxième partie (19b). 5. Dispositif (18) selon la revendication 3, caractérisé en ce que la deuxième partie (19b) est logé au moins partiellement dans la première partie (19a). 6. Dispositif (18) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de rappel (21) est fixé sur la première partie (19a) de la léchette (19) d'une part et sur la deuxième partie (19b) d'autre part. 7. Dispositif (18) selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'au moins une des fixations du moyen de rappel (21) est réalisée au moyen d'une soudure ou d'une brasure. 3059041 9 8. Ensemble comprenant : - une première pièce (16) formant une piste (17) présentant une symétrie de révolution, - une deuxième pièce (14), montée en rotation par rapport à la 5 première pièce (16), - un dispositif d'étanchéité (18) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 9. Turbomachine (1) comprenant un stator (10) et un rotor (7), et un ensemble selon la revendication 8, dont la première pièce (16) est 10 solidaire ou constitutive du stator (10) et la deuxième pièce (14) est solidaire ou constitutive du rotor (7). 10. Turbomachine (1) comprenant un stator (10) et un rotor (7), et un ensemble selon la revendication 8, dont la première pièce (16) est solidaire ou constitutive du rotor (7) et la deuxième pièce (14) est 15 solidaire ou constitutive du stator (10).