Brevet FR3070715A1 — publié le 20190308

LANGUETTE D'ETANCHEITE INTER SECTEURS DE TURBOMACHINE D'AERONEF La présente invention concerne le domaine des turbomachines pour aéronef et vise une partie de turbomachine, tel en particulier un distributeur de turbine axiale. Dans le présent texte, est axial ce qui s'étend suivant ou parallèlement à l'axe longitudinal (X) de rotation de la partie concernée de la turbomachine, lequel axe sera a priori l'axe général de rotation de cette turbomachine. Est radial (axe Z) et est circonférentel ce qui s'étend radialement à l'axe X et autour de lui, respectivement. Par ailleurs, les références amont et aval sont à considérer en liaison avec l'écoulement des gaz dans la (partie de) turbomachine considérée : ces gaz entrent à l'amont et sortent à l'aval, en circulant globalement parallèlement à l'axe longitudinal de rotation précité. Et sera transversale une paroi s'étendant de biais ou perpendiculairement à une autre paroi, dite latérale. Les distributeurs de turbomachine peuvent être formés d'une pluralité d'aubes circonférentellement successives dont les embases ou plateformes délimitent ensemble une veine dans laquelle circule de l'air alimentant des équipements en aval, dans la turbomachine. Dans le distributeur, l'air circule à une pression déterminée et il est nécessaire d'empêcher la communication entre l'intérieur et l'extérieur du distributeur afin de ne pas créer de perturbations ou de pertes de charge dans les flux d'air. Pour cela, il est connu de réaliser une étanchéité circonférentielle. De façon générale, et notamment donc pour les distributeurs, il est connu de l'art antérieur, tel que FR 2 758 856, une partie de turbomachine à gaz pour aéronef, s'étendant selon une direction circonférentielle autour d'un axe longitudinal (X) de rotation et comprenant : - une première partie sectorisée (tel un premier élément de distributeur), - une deuxième partie sectorisée (tel un second élément de distributeur), adjacente à la première partie sectorisée dans la direction circonférentielle, - et un dispositif de joint d'étanchéité comprenant des languettes disposées dans des fentes, ou rainures, à la fois des première et deuxième parties sectorisées et qui sont mutuellement disposées en face l'une de l'autre. 2 Le terme « partie », notamment partie sectorisée, n'implique pas qu'il s'agisse d'une structure monobloc. Elément et partie sont donc synonymes. Dans FR 2 758 856, les languettes utilisées sont chacune formées d'une succession de lamelles plates (dites aussi droites), posées les unes sur les autres et plus étroites que l'écart entre les fonds des fentes en prolongement, ce qui leur permet de glisser les unes sur les autres au gré des déformations ou des déplacements des parties sectorisées et des vibrations de la turbomachine et de s'étaler dans les fentes. Certes, un avantage de cette disposition est que ces lamelles plates occupent ainsi une largeur d'ensemble plus grande que celle de chacune lamelle, ce qui doit réduire les fuites de gaz de contournement. Mais il est considéré que peuvent persister malgré tout des problèmes, en particulier : des difficultés au montage à cause d'une superposition de petites pièces, une non-maîtrise de la position des languettes, turbomachine en fonctionnement, une perte occasionnelle de languettes, avec alors une dégradation des performances, et du matériel à replacer ou réparer, - des fuites entre languettes (en particulier avec des languettes dites droites, à l'endroit de croisements entre elles), - même si les languettes sont bien positionnées, des fuites en dehors des languettes, par défaut d'étanchéité, - une usure des pièces en vis-à-vis constatée sur des fentes débouchantes. Aussi, une solution à tout ou partie de ces problèmes est-elle ici proposée, qui prévoit que les languettes présentent deux extrémités renflées réunies par une partie intermédiaire plus fine, chacune des deux extrémités renflées d'une dite languette et la partie intermédiaire plus fine qui les réunit présentant entre elles une liaison qui est conformée de sorte à se plaquer dans sa fente respective, par arc-boutement de la languette et déformation de ladite liaison vers une position à plat, lorsqu'une surpression est appliquée d'un côté de la languette, sur sa partie intermédiaire. Aux mêmes fins, il est proposé qu'une dite languette soit à surfaces latérales sensiblement planes, au moins à l'endroit des liaisons, pour se plaquer là dans les fentes. Pour parfaire l'étanchéité, il est aussi proposé que les fentes respectives dans lesquelles est disposée une dite languette présentent chacune des parois latérales qui sont sensiblement planes au moins en regard des liaisons précitées, afin d'assurer un 3 contact sensiblement plan contre plan à l'endroit de ces liaisons, quand ladite surpression est appliquée. Ainsi, des contacts par appuis plans, gages d'étanchéité performante, seront assurés. Afin de minimiser les fuites évoquées, il est aussi proposé qu'à chaque extrémité de fente (où une dite extrémité renflée de languette est engagée), la fente concernée: - présente une section qui se réduit en direction de l'extrémité, - ou soit à fond ouvert, donc débouchante. Pour favoriser également une limitation d'usure des pièces en vis-à-vis constatée notamment sur les fentes débouchantes, il est aussi proposé qu'en bout de languette, lesdites extrémités renflées et les parois en regard des fentes coopèrent par des contacts sensiblement cylindres/plans, sans arête vive. Est aussi concerné un procédé de mise en étanchéité entre un dispositif de joint d'étanchéité et des première et deuxième parties sectorisées adjacentes entre elles, dans lequel procédé : - on fournit un dit dispositif de joint d'étanchéité comprenant des languettes présentant deux extrémités renflées réunies par une partie intermédiaire plus fine, - on dispose une dite languette dans des fentes à la fois des première et deuxième parties sectorisées et qui sont mutuellement disposées en face l'une de l'autre, avec les deux extrémités renflées au fond des fentes respectives, caractérisé en ce que, lorsqu'une surpression est appliquée d'un côté de la languette, sur sa partie intermédiaire, on laisse, dans deux dites fentes où elle est engagée, une dite languette: - entrer en butée par ses deux extrémités renflées respectives avec des parois transversales des première et deuxième parties sectorisées, au fond des fentes respectives, et - se déformer vers une position à plat à l'endroit de liaisons entre les deux extrémités renflées respectives et la partie intermédiaire plus fine qui les réunit, jusqu'à se plaquer, à l'endroit de ces liaisons, contre des parois latérales respectives des première et deuxième parties sectorisées, dans les fentes respectives. Est encore concernée une dite languette d'un dispositif de joint d'étanchéité d'une partie de turbomachine comme précitée, avec toute ou partie de ses caractéristiques et dans laquelle la languette est donc à disposer dans des fentes 4 respectives de parties sectorisées adjacentes de la turbomachine, cette languette présentant deux extrémités renflées réunies par une partie intermédiaire plus fine, la languette étant caractérisée en ce que chacune des deux extrémités renflées et la partie intermédiaire plus fine qui les réunit présentent entre elles une liaison qui, par arc-boutement de la languette, peut se déformer vers une position à plat, lorsqu'une surpression est appliquée d'un côté de la languette, sur sa partie intermédiaire. Pour parfaire l'étanchéité, on a déjà noté qu'il pourra être favorable que la languette considérée soit à surfaces latérales sensiblement planes, à l'endroit desdites liaisons, pour se plaquer là dans les fentes concernées, dans un appui plan contre plan (quand ladite surpression est appliquée sur un côté de la languette). Si nécessaire, l'invention sera encore mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une coupe parallèle à l'axe X d'une partie de turbomachine à gaz pour aéronef comprenant plusieurs distributeurs annulaires ; - la figure 2 est une vue schématique montrant un tel distributeur annulaire autour de son axe de révolution ; axe X; - la figure 3 est une vue schématique montrant l'aboutement circonférentiel de plusieurs aubes formant ensemble un distributeur annulaire, dans le plan de coupe circonférentiel Y perpendiculaire à l'axe X; - la figure 4 est une vue en perspective d'une languette d'étanchéité conforme à l'invention ; - la figure 5 est une coupe comme la figure 3, montrant une solution conforme à l'invention, suivant le détail agrandi V; - la figure 6 est une coupe suivant la ligne VI-VI de la figure 5, montrant une languette et une fente complètes ; - et les figures 7,8,9 montrent, conformément à l'invention, trois états d'une languette montée, suivant une vue parallèle aux axes X,X1. Classiquement, une turbomachine à gaz pour aéronef comprend, de l'amont vers l'aval, le long d'un axe longitudinal (axe X figure 1) : une soufflante, un compresseur basse pression, un compresseur haute pression, une chambre de combustion, une turbine haute pression et une turbine basse pression. La turbine basse pression peut comprendre plusieurs étages mobiles sur un même rotor et ainsi entrainer, par l'intermédiaire d'un arbre central, l'ensemble formé par la soufflante et le compresseur basse pression. On a représenté, en figure 1, une partie 1 d'une telle turbomachine comprenant un distributeur 3 (stator), circonférentiellement sectorisé autour de l'axe X, ayant une pluralité d'aubes 4 circonférentiellement disposées bout à bout et des plaquettes ou languettes 5 d'étanchéité aptes à être disposées entre deux aubes 4 adjacentes (référencées 4a,4b figure 3 ou 5 notamment), ou groupes de telles aubes, circonférentiellement successives. La figure 2 montre de manière schématique le distributeur 3 autour de son axe X de révolution. Comme on le voit sur la figure 3, chaque aube 4 comprend une pale 6 sensiblement radiale s'étendant entre une plateforme 7 radialement extérieure et une plateforme 8 radialement intérieure, formant respectivement deux limites entre lesquelles est définie une veine 9 de circulation de gaz. Chaque secteur, ou partie sectorisée, de distributeur ainsi formé peut comprendre une ou plusieurs aubes 4 circonférentiellement réunies en une seule partie. Chaque plateforme 7, 8 d'une aube 4 présente deux faces 10 d'extrémité parallèles à l'axe X comprenant chacune au moins une fente 11 (ou 11a,11b figure 3 et suivantes). Comme on le voit par exemple figure 5 pour la fente 11b, chaque fente est limitée dans le plan circonfrentiel Y par une paroi latérale radialement intérieure, telle 110b, une paroi latérale radialement extérieure, telle 111b, et une seule paroi transversale, telle la paroi de fond 14a (fente 11a) ou 14b (fente 11b) figure 5. Une fente 11 peut donc déboucher sur une face 10 transversale ; plan X-Z. Une fente 11 peut également être débouchante ou borgne sur une face 15 amont et/ou une face 16 aval de la plateforme 7 ou de la plateforme 8, comme illustré sur la figure 3. Lorsque les aubes 4 sont circonférentiellement aboutées, comme figures 2,3, une face 10 d'une première aube 4 est en regard d'une face 10 d'une aube 4 circonférentiellement adjacente. Deux fentes 11 adjacentes consécutives desdites faces 10 sont alors en vis-à-vis l'une de l'autre. Deux aubes successives définissent ainsi un exemple de dites première et deuxième parties sectorisées. Les languettes 5 sont disposées individuellement dans deux telles fentes en vis-à-vis, telles donc 11a,11b figures 5 et suivantes pour la languette considérée, afin de 6 réaliser à l'endroit des plateformes 7 et 8 l'étanchéité de la veine 9 d'air par rapport à une première zone 17 intérieure à l'anneau formé par les plateformes intérieures 8 et une seconde zone 18 extérieure à l'anneau formé par les plateformes extérieures 7; voir figures 1, 3. En tant qu'élément d'un tel dispositif 100 de joint d'étanchéité, chaque languette 5 disposée dans les fentes 11 (ou 11a,11b) présente deux extrémités renflées, respectivement 51a, 51b, réunies par une partie intermédiaire 51c, plus fine. Les languettes 5 sont, dans les exemples, constituées d'une seule partie, c'est-à-dire qu'elles sont monobloc comme on le voit notamment figure 4. Dans les fentes 11a,11 b, elles s'étendent chacune suivant un axe d'allongement parallèle à l'axe X (axe Xl, par exemple figure 4 ou 6). Pour répondre à une partie au moins de la problématique évoquée ci-avant dans la description, les deux extrémités renflées 51a, 51b d'une dite languette et la partie intermédiaire 51c plus fine présentent entre elles des liaisons respectivement 53a, 53b qui, par arc-boutement de cette languette 5 (voir figures 8 puis 9) à partir d'un état non sollicité (voir figures 4-7), vont pouvoir se déformer vers une position à plat (figure 9), lorsqu'une surpression P est appliquée d'un côté de la languette, notamment sur sa partie intermédiaire 51c. Sur les figures 4,8, on voit bien que la languette 5 ici concernée est à surfaces latérales 530,531 sensiblement planes pour, notamment à l'endroit des liaisons 53a, 53b et du côté opposé à celui où sera appliquée la (sur)pression, se plaquer là dans les fentes, dans un appui plan contre plan, afin d'obtenir l'étanchéité attendue. Complétées par les figures 3-6, les figures 7-9 montrent, en liaison avec l'invention, un mode opératoire pour étanchéifier l'espace entre la veine 9 et l'une au moins des zones 17,18. D'abord, comme décrit ci-avant et illustré notamment figure 4, on va utiliser une série de languettes 5 d'étanchéité que l'on va disposer individuellement dans leurs fentes de réception 11 ou 11a,11b adjacentes deux à deux, à la fois des première et deuxième parties sectorisées 4 ou 4a,4b. Les deux extrémités renflées 51a,51b de chaque dite languette 5 sont ainsi en place vers le fond concerné des fentes respectives. Alors que la turbomachine 1 ne fonctionne pas, donc à froid, chaque languette 5 en place est, par gravité et dans son état non contraint, alors en appui contre une des parois latérales respectives 7 radialement intérieure et radialement extérieure 110a,110b,111a,111b de chaque fente, comme figure 6 ou 7, via les surfaces d'appui radialement intérieure ou radialement extérieure, respectivement 530,531, ceci à l'endroit de ses extrémités renflées 51a,51b : zones d'appui 510a,510b,511a,511b. Dans les fentes 11a,11b, les parties intermédiaires 51c plus fines sont par contre alors chacune écartées desdites faces 110a,110b et 111a,111b. Vis-à-vis des bouts, extrémités ou fonds axiaux 512,514 desdites fentes, chaque languette 5 présente en outre à ce moment favorablement un jeu de montage 21 (figure 7; axe X1). La figure 8 schématise une phase transitoire : dans l'environnement concerné de la turbomachine qui tourne alors, la pression a faibli, et la température est montée. Et surtout, pour ce qui nous occupe, une (sur)pression P s'exerce alors d'un côté sur chaque languette 5 qui, dans les fentes 11a,11b, commence à plier, donc à se déformer élastiquement, sous contrainte (par dilatation), dans le sens de son allongement : axe X1. Sensiblement suivant cet axe, les extrémités renflées 51a, 51b de la languette concernée entrent alors en butée en fonds de fentes contre les parois transversales amont et aval, telles les parois 515b,517b respectives, d'une fente 11b figure 6 ou 7. Les jeux 21 n'existent plus. La figure 9 schématise une situation à chaud (température supérieure à 300°C). La turbomachine fonctionne. Elle est par exemple à un régime stabilisé de croisière. La température tend vers une maximale, et surtout la pression P exercée d'un côté sur chaque languette est suffisamment élevée pour que la languette 5 considérée ne puisse plus s'étendre suivant X1. Un moment mécanique se crée dans la languette (voir flèches figure 9), plaquant les surfaces latérales, ici intérieures 531, des languettes contre les faces respectives, ici donc intérieures 110a,110b, des fentes en vis-à-vis concernées. Les extrémités renflées 51a, 51b sont toujours en butée en bout, ou fond, contre les parois transversales amont et aval desdites fentes, telles les parois 515b,517b pour une fente 11b. Favorablement, les parois latérales, situées d'un même côté (radialement extérieur ou intérieur), des fentes adjacentes seront coplanaires. Et, de façon plus générale, ces parois latérales (110a,110b,111a,111b) extérieures ou intérieures des fentes seront favorablement sensiblement planes, respectivement, ceci sur toute leur étendue, en regard des languettes. 8 Comme on le voit figure 9, la languette 5 considérée s'est donc déformée vers une position à plat à l'endroit de ses deux liaisons 53a, 53b, jusqu'à donc se plaquer là contre les parois latérales respectives précitées (intérieures dans l'exemple) des deux parties sectorisées, ici 4a,4b, en cause. Tant hors contrainte qu'une fois la languette plaquée de façon étanche après s'être déformée, la partie intermédiaire 51c de chaque languette peut typiquement être rectiligne, de façon que, languette plaquée et jusqu'aux deux extrémités renflées 51a, 51b, la surface latérale concernée, intérieure ou extérieure, 530,531, soit sensiblement plane, calée alors de façon étanche dans les fentes, contre une dite paroi latérale respective également plane de ces fentes. Un appui, qui peut être effectif de bout en bout, de chaque languette 5 dans les fentes, telles 11a,11b, est alors obtenu. La figure 9 montre bien cet appui coplanaire, plan contre plan. Il n'y a théoriquement plus aucune fuite radiale entre deux parties sectorisées sur toute la longueur d'extension axiale du secteur. Concernant les fuites axiales, avec une telle technologie de languette plate à extrémités 51a, 51b en forme chacune de goutte d'eau en section radiale, comme dans le mode de réalisation ici privilégié, et d'autant plus avec des fonds de fentes débouchants comme figure 6, le chargement en pression de ces fentes sera important, gage d'une étanchéité optimisée. Pour favoriser le placage de la languette dans les fentes, les extrémités 51a, 51b présentent une épaisseur qui axialement s'agrandit progressivement à partir de la partie intermédiaire 51c vers le bout de la languette 5 puis qui décroît légèrement entre un point, situé à proximité du bout de la languette, où l'épaisseur de la languette 5 est maximale (el figure 4)et le bout de la languette S. Notamment, l'épaisseur maximale el de chacune des extrémités 51a, 51b peut aller de 50% à 300% de l'épaisseur e2 de la partie intermédiaire 51c. Quant à la dimension en largeur (11) de chacune des extrémités 51a, 51b selon la direction de la largeur Ide la languette 5 (figure 4, et figure 5 direction Y1), elle sera favorablement comprise entre 1 et 5 fois l'épaisseur maximale el . On considèrera ici, languette 5 que la longueur de cette languette étant suivant Xi, sa largeur! est tangente à la circonférence (direction Y1 figure 5), et l'épaisseur (el ou e2) est suivant l'axe Z. A ce sujet, pour que, sous la pression P, une languette se cale et s'arcboute de 9 manière bien guidée en extrémités axiales, il est prévu qu'en regard les parois transversales telles 515b,517b d'extrémités de fentes où une dite extrémité 51a, 51b renflée de languette est donc engagée, la fente concernée présente une section qui se réduit en direction de l'extrémité : voir les sections Si et S2 transversales à la direction X1 figure 6, avec S2 REVENDICATIONS1. Partie de turbomachine à gaz pour aéronef, s'étendant selon une direction circonférentielle autour d'un axe longitudinal (X) de rotation et comprenant : - une première partie sectorisée (4 ;4a), - une deuxième partie sectorisée (4 ;4b) adjacente à la première dans la direction circonférentielle, - un dispositif de joint d'étanchéité (100) comprenant des languettes (5) disposées dans des fentes (11;11a,11b) à la fois des première et deuxième parties sectorisées (4a,4b) et qui sont mutuellement disposées en face l'une de l'autre, caractérisée en ce que les languettes présentent deux extrémités renflées (51a,51b) réunies par une partie intermédiaire (51c) plus fine, et chacune des deux extrémités renflées (51a,51b) d'une dite languette (5) et la partie intermédiaire (51c) plus fine qui les réunit présentent entre elles une liaison (53a,53b) qui est conformée de sorte à se plaquer dans sa fente (11a, 11b) respective, par arc-boutement de la languette et déformation de ladite liaison vers une position à plat, lorsqu'une surpression (P) est appliquée d'un côté de la languette, sur sa partie intermédiaire. 2. Partie de turbomachine selon la revendication 1, dans laquelle une dite languette (5) est à surfaces latérales (530,531) sensiblement planes, au moins à l'endroit des liaisons, pour se plaquer là dans les fentes (11;11a,11b). 3. Partie de turbomachine selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle les fentes (11a,11b) dans lesquelles est disposée une dite languette (5) présentent chacune des parois latérales (110a,110b,111a,111b) qui sont sensiblement planes au moins en regard desdites liaisons (53a,53b) pour assurer un contact sensiblement plan contre plan à l'endroit de ces liaisons (53a,53b) quand ladite surpression (P) est appliquée. 4. Partie de turbomachine selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle, à chaque extrémité de fente où une dite extrémité renflée (51a,51b) de languette (5) est engagée, la fente (11a,11b) présente une section qui se réduit (S2) en direction de l'extrémité. 5. Partie de turbomachine selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle, à chaque extrémité de fente où une dite extrémité renflée (51a,51b) de languette (5) est engagée, la fente est à fond ouvert (519,521). 11 6. Partie de turbomachine selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle, en bout, lesdites extrémités renflées (51a,51b) de languette (5) et les parois en regard des fentes (11 ;11a,11b) coopèrent par des contacts sensiblement cylindres/plan, sans arête vive. 7. Procédé de mise en étanchéité entre un dispositif de joint d'étanchéité (100) et des première et deuxième parties sectorisées (4;4a,4b) adjacentes entre elles de distributeur d'une turbomachine à gaz pour aéronef, dans lequel procédé : - on fournit un dit dispositif de joint d'étanchéité comprenant des languettes (5), - on dispose une dite languette (5) dans des fentes (11 ;11a,11b) à la fois des première et deuxième parties sectorisées et qui sont mutuellement disposées en face l'une de l'autre, avec les deux extrémités renflées au fond des fentes respectives, caractérisé en ce que : - comme languettes, on fournit des languettes (5) présentant deux extrémités renflées (51a,51b) réunies par une partie intermédiaire (51c) plus fine, et, - lorsqu'une surpression (P) est appliquée d'un côté de la languette, sur sa partie intermédiaire (51c), on laisse, dans deux dites fentes (11a,11b) où elle est engagée, une dite languette (5): -- entrer en butée par ses deux extrémités renflées (51a,51b) respectives avec des parois transversales (515b,517b) des première et deuxième parties sectorisées (4a,4b), au fond des fentes respectives, et -- se déformer vers une position à plat à l'endroit de liaisons (53a,53b) entre les deux extrémités renflées (301,302) respectives et la partie intermédiaire (230) plus fine qui les réunit, jusqu'à se plaquer, à l'endroit de ces liaisons (53a,53b), contre des parois latérales respectives (110a,110b,111a,111b) des première et deuxième parties sectorisées, dans les fentes (11a,11b) respectives. 8. Languette (5) d'un dispositif de joint d'étanchéité (100) d'une partie de turbomachine selon l'une des revendications 1 à 6, la languette étant à disposer dans des fentes (11a,11b) respectives de parties sectorisées (4a,4b) adjacentes de distributeur de la turbomachine, la languette (5) présentant deux extrémités renflées (51a,51b) réunies par une partie intermédiaire (51c) plus fine, caractérisée en ce que chacune des deux extrémités renflées (51a,51b) et la partie intermédiaire (51c) plus fine qui les réunit présentent entre elles une liaison (53a,53b) qui, par arc-boutement de la languette, peut se déformer vers une position à plat, lorsqu'une surpression (P) est 12 appliquée d'un côté de la languette, sur sa partie intermédiaire. 9. Languette selon la revendication 8, qui est à surfaces latérales (530,531) sensiblement planes, au moins à l'endroit des liaisons, pour se plaquer là dans les fentes (11a,11b), dans un appui plan contre plan. 10. Languette selon la revendication 8 ou 9, dans laquelle chacune des deux extrémités renflées (51a,51b) présente une épaisseur maximale (el) comprise entre 50% et 300% de l'épaisseur (e2) de la partie intermédiaire (51c). 11. Languette selon la revendication 8 ou 9, dans laquelle chacune des deux extrémités renflées (51a,51b) présente une épaisseur maximale (el) et, transversalement à cette épaisseur, une largeur (I) qui est comprise entre 1 à 5 fois ladite épaisseur maximale.