Brevet FR3057333A1 — publié le 20180413

ENSEMBLE DE BRIDAGE AVEC JOINT D'ETANCHEITE La présente invention concerne le domaine des turbomachines et plus particulièrement l'étanchéité à la jonction entre deux carters d'une turbomachine. Les carters d'une turbomachine sont généralement annulaires, plus spécifiquement de forme sensiblement cylindrique ou tronconique et coaxiaux selon un axe longitudinal de la turbomachine. Deux carters adjacents comprennent chacun une bride annulaire par laquelle ils sont assemblés l'un à l'autre, généralement par boulonnage. La figure 1 montre un détail en coupe d'une turbomachine 2 de l'art antérieur, comprenant un compresseur 4 haute pression ayant, dans une partie amont, et des aubes 6 mobiles et des aubes 8 fixes, et dans une partie aval, un rouet 10 centrifuge prolongé par un diffuseur 12 redresseur alimentant en air une chambre 14 de combustion de la turbomachine 2. Le compresseur 4 haute pression est délimité extérieurement par un carter 16 annulaire en plusieurs parties. L'extrémité axialement aval du carter 16 comprend une bride annulaire radiale 18 assemblée par boulonnage à une bride annulaire radiale 20 amont d'un carter 22 annulaire 20 externe de la chambre 14 de combustion. Ces deux brides 18, 20 définissent entre elles un logement annulaire dans lequel est inséré un joint torique de sorte à éviter le passage d'air entre les brides, de l'intérieur des carters vers l'extérieur, et inversement. 25 On connait un tel assemblage de la demande de brevet Français FR 2 891 606 au nom de la demanderesse, dans lequel le joint torique est un joint largement répandu dans le commerce tel qu'un joint plein en caoutchouc. L'utilisation d'un tel joint ne convient cependant pas pour 30 l'assemblage d'un carter externe de la chambre de combustion avec un carter externe du compresseur haute pression d'une turbomachine. En 3057333 2 effet, dans cette zone de la turbomachine, les températures sont très élevées, si bien que la déformation des pièces est importante. Ainsi, le joint doit également pouvoir se déformer pour accompagner la dilatation des pièces et ainsi, l'évolution de la taille du logement dans lequel il se trouve. 5 Un joint ordinaire, c'est-à-dire un joint du commerce sans caractéristiques particulières, ne permet pas une telle déformation et perd rapidement en élasticité et en fiabilité d'étanchéité avec les fortes températures. De plus, la plage de températures à laquelle est soumis le joint 10 est grande puisque, outre les températures élevées lors du fonctionnement de la turbomachine, le joint est soumis aux températures ambiantes lorsque la turbomachine n'est pas en fonctionnement. Ces températures peuvent notamment être négatives, par exemple en hiver ou dans les pays scandinaves. Ainsi, le joint peut être soumis à une évolution brutale de 15 température récurrente lors des différents démarrages de la turbomachine. Ces évolutions brutales de température engendrent, à terme, une dégradation des caractéristiques du joint, et notamment de sa souplesse et de son pouvoir d'adaptation au logement, donc de son pouvoir d'étanchéité. De plus, la proximité du joint avec l'axe longitudinal de la turbomachine, et notamment de la zone de combustion de la turbomachine, augmente les risques de dégradation du joint. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ces problèmes. A cet effet, l'invention propose, un ensemble comprenant une première pièce annulaire portant une première bride annulaire appliquée et maintenue par des moyens de serrage sur une seconde bride annulaire d'une seconde pièce définissant avec la première bride une cavité annulaire formée pour partie dans la première bride et pour une autre partie dans la seconde bride, caractérisé en ce que la cavité est agencée radialement à l'extérieur des moyens de serrage et loge un joint annulaire 3057333 3 contraint circonférentiellement et axialement entre la première bride et la seconde bride. Un tel joint peut se déformer en s'ouvrant à mesure que les deux brides, par la température et la pression élevées auxquelles elles sont 5 soumises, sont plaquées l'une contre l'autre. Ainsi, en se déformant, le joint annulaire continue d'assurer sa fonction d'étanchéité. L'ouverture des deux brides dans leur partie radialement inférieure par rapport aux moyens de serrage génère un pincement des brides entre elles dans leur partie radialement supérieure de sorte que le 10 joint est immobilisé entre les deux brides plaquées l'une contre l'autre par l'effet de pincement. L'étanchéité entre les brides est ainsi renforcé. De plus, ce joint permet d'utiliser moins de liaisons boulonnées au bénéfice de la simplicité de réalisation des brides puisque seule une rainure est nécessaire sur chaque bride, rainure pouvant être obtenue par 15 tournage, contrairement à l'art antérieur pour lequel chaque bride devait subir un grand nombre de perçages et/ou alésages. Avantageusement, la cavité annulaire est délimitée par une première rainure annulaire axiale de la première bride agencée en vis-à-vis d'une seconde rainure annulaire axiale de la seconde bride, la première 20 rainure et la seconde rainure formant ensemble, en section, une surface concave continue radialement externe traversant le plan d'appui des première et seconde brides et contre laquelle est contraint une portion convexe complémentaire du joint annulaire. Les formes concaves de chacune des rainures et leur position 25 en vis-à-vis permet de maintenir le joint annulaire dans une position centrée pour que lors de sa déformation le joint soit toujours contraint. De préférence, la surface concave à la forme d'un cercle ouvert dont les extrémités libres se joignent au niveau d'un point agencé radialement à distance des moyens de serrage. 30 L'écartement de la jonction des extrémités libres de la surface concave permet de limiter les contraintes de ruptures à proximité de la 3057333 4 zone de serrage. Ainsi, autour de la zone de serrage des deux brides l'une sur l'autre, chaque bride comprend une zone pleine de matière assurant un bon serrage de brides l'une sur l'autre, cette zone présentant alors un faible risque de rupture aux sollicitations mécaniques. 5 Selon un aspect, le joint annulaire a une section en C dont l'ouverture est orientée radialement vers l'intérieur. L'orientation vers l'intérieur de l'ouverture du joint annulaire permet que le joint soit plaqué contre la surface des rainures par la pression exercée par l'air de sorte à assurer l'étanchéité de part et d'autre 10 des brides. Avantageusement, la première rainure annulaire est symétrique de la seconde rainure annulaire par rapport à un plan transverse, et/ou la cavité présente une symétrie de révolution. Cela permet notamment de faciliter la fabrication de chacune 15 des rainures, du joint et la mise en place du joint dans les rainures. De préférence, les moyens de serrage comprennent une pluralité de boulons dont la vis traverse la première bride et la seconde bride radialement à l'intérieur de la cavité annulaire. La pluralité de boulons permet de maintenir les brides au contact 20 l'une de l'autre et, ainsi, de maintenir le joint contraint dans la rainure. Avantageusement, le joint est un joint métallique. Un joint métallique résistera mieux aux températures élevées et aux variations brutales (ou du moins rapides) de la température et de la pression. De plus, par rapport à un joint en caoutchouc et en lien avec les 25 variations de températures, un joint métallique aura une plus grande durée de vie. L'invention propose également une turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur, comprenant un ensemble tel qe précédemment décrit. 3057333 5 Avantageusement, la première pièce est formée par un carter externe d'un compresseur haute pression et la seconde pièce est formée par un carter externe d'une chambre de combustion. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, 5 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 annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue de détail en coupe d'une turbomachine de l'art antérieur montrant la fixation par boulonnage d'un carter de 10 compresseur haute pression avec un carter de chambre de combustion ; - la figure 2 est une vue schématique en coupe montrant la fixation a étanchéité selon l'invention de deux brides annulaires ; - la figure 3 est une vue éclatée en perspective de l'assemblage de la figure 2, et 15 - la figure 4 est une vue en section du joint d'étanchéité des figures 2 et 3 entre les deux brides. Pour la description détaillée de l'invention on se basera sur la figure 1 pour les éléments communs avec l'art antérieur dont on gardera les références numériques, hormis pour les brides qui sont différentes de l'art 20 antérieur et qui porteront donc de nouvelles références numériques. On a représenté, sur la figure 2, une vue de détail en coupe selon un plan longitudinal, l'assemblage d'une première bride 24 annulaire aval d'une première pièce annulaire, ici le carter 16 du compresseur 4 haute pression, ci-après carter 16 HP, avec une seconde bride 26 annulaire 25 amont d'une seconde pièce annulaire, ici le carter 22 de la chambre de combustion, ci-après carter 22 C. Le carter 16 HP est situé en amont du carter 22 C, selon le sens d'écoulement de l'air dans la turbomachine 2 (c'est-à-dire de la gauche vers la droite). La bride 24 annulaire du carter 16 HP est pourvue de trous 30 28 circonférentiellement équidistants les uns des autres (un seul trou 28 étant représenté sur la figure 3). 3057333 6 La bride 26 du carter 22 C est pourvue de trous 30 circonférentiellement équidistants les uns des autres (un seul trou 30 étant représenté sur la figure 3). Les carters 16, 22 sont assemblés l'un à l'autre par des moyens de 5 serrage 32, en l'espèce des boulons comprenant un écrou 32a et une vis 32b traversant successivement le trou 28 de la bride 24 du carter 16 HP et le trou 30 de la bride 26 du carter 22 C. L'assemblage est considéré comme réalisé lorsque les brides 24, 26 sont appliquées et maintenues l'une contre l'autre. 10 Lorsqu'elles sont assemblées l'une avec l'autre, les brides 24, 26 forment entre elles une cavité 34 annulaire dans laquelle est logé un joint 36 annulaire. Comme on le voit sur les figures 2 et 3, la cavité 34 annulaire est formée pour partie dans la bride 24 du carter 16 HP et pour une autre partie 15 dans la bride 26 du carter 22 C. La cavité 34 annulaire est agencée radialement à l'extérieur des moyens 32 de serrage. Autrement dit, les moyens 32 de serrage sont radialement situés entre l'axe A longitudinal de la turbomachine 2 et la cavité 34 annulaire. 20 La cavité 34 est délimitée par une première rainure 34a annulaire axiale de la bride 24 annulaire agencée en vis-à-vis d'une seconde rainure 34b annulaire axiale de la bride 26 annulaire, la première rainure 34a et la seconde rainure 34b formant ensemble, en section, une surface 38 concave continue radialement externe traversant un plan P d'appui des 25 première et seconde brides 24, 26. La surface 38 concave à la forme d'un cercle ouvert dont les extrémités libres se joignent au niveau d'un point 40 agencé radialement à distance des moyens 32 de serrage, sur le plan P, extérieurement aux moyens 32 de serrage selon la direction radiale. 3057333 7 Ainsi, en section, la rainure 34 annulaire comprend une forme sensiblement en goutte d'eau inversée, ou encore une portion de sphère radialement externe combinée à un cône radialement interne. Comme représenté sur les figures, la première rainure 34a annulaire 5 est symétrique de la seconde rainure 34b annulaire rapport audit plan P d'appui, qui est en l'occurrence un plan transverse. En outre, la cavité présente une symétrie de révolution autour de l'axe A longitudinal de la turbomachine 2. Le joint 36 annulaire présente une section en C dont l'ouverture est 10 orientée radialement vers l'intérieur lorsque le joint 36 est monté dans la rainure 34. Comme représenté sur la figure 4, le joint 36 présente une portion 36a centrale convexe et deux portions 36b, 36c latérales de part et d'autre de la portion 36a centrale. En position, le joint 36 est contraint 15 circonférentiellement et axialement dans la rainure 34, la portion 36a centrale convexe du joint 36 étant contrainte en appui contre la surface 38 concave de la rainure 34. La pression P exercée sur le joint 36 tend à plaquer celui-ci contre les parois 34a, 34b de la rainure 34. Par contraint, on entend que le joint 36 est déformé élastiquement, 20 c'est-à-dire qu'en l'absence de sollicitations, le joint 36 recouvre sa forme originelle. De préférence, le joint 36 est un joint métallique, par exemple réalisé par roulage d'une tôle plate. REVENDICATIONS1. Ensemble comprenant une première pièce (16) annulaire portant une première bride (24) annulaire appliquée et maintenue par des 5 moyens (32) de serrage sur une seconde bride (26) annulaire d'une seconde pièce (22) définissant avec la première bride une cavité (34) annulaire formée pour partie dans la première bride (24) et pour une autre partie dans la seconde bride (26), caractérisé en ce que la cavité (34) est agencée radialement à l'extérieur des moyens (32) de serrage et loge un 10 joint (36) annulaire contraint circonférentiellement et axialement entre la première bride (24) et la seconde bride (26). 2. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel la cavité (34) annulaire est délimitée par une première rainure (34a) annulaire axiale de la première bride (24) agencée en vis-à-vis d'une seconde rainure (34b) 15 annulaire axiale de la seconde bride (22), la première rainure (34a) et la seconde rainure (34b) formant ensemble, en section, une surface concave (38) radialement continue traversant le plan (P) d'appui des première et seconde brides (24, 26) et contre laquelle est contraint une portion (34a) convexe complémentaire du joint (36) annulaire. 20 3. Ensemble selon la revendication 2, dans lequel la surface (38) concave a la forme d'un cercle ouvert dont les extrémités libres se joignent au niveau d'un point (40) agencé radialement à distance des moyens (32) de serrage. 4. Ensemble selon la revendication 2 ou 3, dans lequel le joint 25 (36) annulaire a une section en C dont l'ouverture est orientée radialement vers l'intérieur. 5. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la première rainure (34a) annulaire de la première bride (24) est symétrique de la seconde rainure (34b) annulaire de la seconde bride (26) par rapport 30 à un plan (P) d'appui des première et seconde brides (24, 26). 3057333 9 6. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la cavité (34) présente une symétrie de révolution. 7. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 5 précédentes, dans lequel les moyens (32) de serrage comprennent une pluralité de boulons dont la vis (32b) traverse la première bride (24) et la seconde bride (26) radialement à l'intérieur de la cavité (34) annulaire. 8. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le joint (36) est un joint métallique. 10 9. Turbomachine (2) telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur, comprenant un ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes. 10. Turbomachine (2) selon la revendication 9 dans laquelle la première pièce (16) est formée par un carter annulaire externe 15 d'un compresseur (4) haute pression et la seconde pièce (22) est formée par un carter externe d'une chambre (14) de combustion.