Brevet FR3075252A1 — publié le 20190621

ENSEMBLE D'ETANCHEITE DOMAINE [1] La prosente invention concerne le domaine des turbomachines, en particulier celui des moteurs a turbine a gaz destines a la propulsion des 5 aeronefs. [2] Est plus particulierement concerne un ensemble pour assurer l'etancheito entre deux volumes soumis a des pressions differentes et pouvant etre situos autour d'un rotor, ainsi qu'une turbomachine pour aoronef equipee d'un tel ensemble d'etancheite. 10 [3] Une turbomachine pour aoronef comprend generalement, d'amont en aval dans le sens de l'ocoulement des gaz, une soufflante, un ou plusieurs otages de compresseurs, par exemple un compresseur basse pression et un compresseur haute pression, une chambre de combustion, un ou plusieurs otages de turbines, par exemple une turbine haute pression et une turbine 15 basse pression, et une tuyere d'ochappement des gaz. A chaque compresseur peut correspondre une turbine, les deux otant relies au moins par une piece telle qu'un arbre, le duo compresseur et turbine associee formant ainsi, par exemple, un corps haute pression et un corps basse pression. 20 [4] La turbomachine prosente des enceintes de paliers contenant des organes de type roulements lubrifios par de l'huile. L'huile, projetoe par ces pieces en rotation, forme un brouillard de gouttelettes en suspension dans le volume correspondant des enceintes de paliers (designees par la suite enceintes a huile dans la mesure ou elles contiennent une suspension de 25 gouttelettes d'huile). [5] Les enceintes a huile peuvent etre formees et delimitees par des parois de la structure fixe de la turbomachine, mais aussi par des parois d'elements tournants. Elles doivent retenir l'huile et c'est pourquoi l'etancheito entre les elements fixes et les elements tournants d'une enceinte 2 a huile est une problematique delicate, puisqu'il s'agit de prevenir des fuites d'huile dans les volumes exterieurs jouxtant les enceintes a huile. [6] L'etancheito d'une telle enceinte a huile comprenant un ou plusieurs paliers, agences par exemple entre le corps haute pression et le corps basse pression ou une piece fixe du turbomoteur, peut etre realisee a l'aide d'un joint labyrinthe, d'un joint carbone annulaire ou de tout autre type de joint d'etancheito (JRS - joint radial segmento -, joint a brosse). Un certain niveau de pression doit etre assure en amont du joint afin de creer un debit de gaz vers l'enceinte, ces gaz s'opposant a la sortie d'huile par ledit joint. La difference de pression est definie pour etre suffisante lors du regime de ralenti de la turbomachine, ce qui impose de prolever du gaz a des otages aval du compresseur. [7] Le prolevement de gaz a de tels otages aval souleve des inconvonients (la temperature elevee du gaz entraine un vieillissement accolore de l'huile de ('enceinte et le rendement de la turbomachine peut etre degrade du fait que les prolevements constituent des pertes au regard de utilisation qui doit etre privilogiee pour la propulsion et non pour des fonctions annexes en roduisant le rendement de la turbomachine), d'autant que les joints labyrinthe nocessitent une forte pressurisation. [8] Par ailleurs, l'efficacito d'un joint JRS se degrade rapidement lorsque la vitesse poriphorique est elevee et une largeur minimum est nocessaire pour oviter tout ochauffement. Sa vitesse maximale d'utilisation est donc limitoe. Fragile et cassant au montage, it nocessite des controles d'etancheito reguliers, onereux en temps et en mise en oeuvre. [9] La prosente invention a pour objet de tendre vers la satisfaction de certains au moins des buts ci-apres : - surmonter certains au moins des inconvonients susmentionnos, - proposer un ensemble d'etancheito efficace et moins gourmand en pressurisation et/ou lubrification que les solutions anterieures, - amoliorer l'etancheito entre une enceinte a huile d'une turbomachine et le volume avoisinant (qui peut etre annulaire exterieur), sans 3 degradation du rendement de la turbomachine, ni vieillissement premature de l'huile. [10] Aussi est-il propose un ensemble pour assurer l'etancheito entre une enceinte a huile et un volume attenant qui sont delimites par un rotor mobile 5 en rotation autour d'un axe et un element, fixe ou mobile, ledit ensemble comprenant : - au moins un premier joint agence entre ledit rotor et ledit element, - un gicleur pour apporter de l'huile dans l'enceinte a huile, cet ensemble otant caracterise en ce que : 10 - le rotor comprend une paroi lance-gouttes situoe en amont du premier joint, de fawn que de l'huile prosente en amont dudit premier joint puisse etre centrifugoe du cote dudit premier joint (c'est-a-dire lancoe en direction de ce premier joint), lors de la rotation du rotor, et - ledit element comprend une goulotte pour recuperer de l'huile pouvant avoir 15 oto lancoe via ladite centrifugation. [11] Ainsi, on va pouvoir recuperer par centrifugation de l'huile fuyante (sortant de ('enceinte a huile). [12] Pour notamment une possible reinjection dans le circuit d'huile (dans ('enceinte a huile) de l'huile fuyante recuperee, il est propose que la goulotte 20 de recuperation d'huile comprenne au moins un trou de drainage communiquant avec l'enceinte a huile, pour y faire donc (re)passer de l'huile. [13] Pour oviter les inconvonients notamment des joints JRS et des lors que la recuperation d'huile procitee doit permettre de ne plus etre aussi severe en termes de forte pressurisation des joints, il est aussi propose que 25 ledit au moins un premier joint comprenne un joint labyrinthe. [14] Pour socuriser tant l'etancheito de l'enceinte a huile que ('isolation benefique de la goulotte vis-a-vis dudit volume attenant, il est propose par ailleurs que soit provu un deuxieme joint agence entre ledit rotor et ledit element, creant ainsi une otancheito a deux otages pour l'enceinte a huile, 30 la paroi lance-gouttes et la goulotte otant alors situees axialement entre les premier et deuxieme joints. 4 [15] En liaison avec ce qui precede, on pourra en particulier preforer que les premier et deuxieme joints comprennent, ou soient Minis par deux joints labyrinthe. [16] Typiquement si la vitesse de rotation du rotor, et donc la vitesse 5 poriphorique de la paroi lance-gouttes est suffisante pour centrifuger efficacement l'huile fuyante (lancee) recuperee, cette paroi lance-gouttes prosentera une extromito libre situoe dans un espace intermediaire entre le rotor et ledit element. Ce pourra notamment etre le cas pour des vitesses de rotation du rotor elevee ou pour un grand diametre d'implantation. 10 [17] De plus, cette solution avec lance-gouttes court permettra de disposer d'un ensemble facilement demontable. [18] A ce sujet, on pourra donc en particulier provoir que la goulotte soit delimitee entre deux excroissances dudit element, chacune pourvue de l'un parmi des lochettes et des blocs en materiau abradable. Ces excroissances 15 sont radiales au regard de l'axe de rotation du rotor. [19] Si par contre la vitesse poriphorique est plus faible, le lance-gouttes pourra etre plus long. [20] II est alors propose que la paroi lance-gouttes s'etende jusque dans la goulotte. 20 [21] Notamment dans ce cas, de nouveau par souci d'un ensemble facilement demontable, it est propose que la goulotte soit delimitee par : - un flasque demontable - une piece pourvue de l'un parmi des lochettes et des blocs en materiau abradable. 25 [22] Quant a la turbomachine a gaz pour aoronef visoe, elle pourra comprendre ('ensemble ci-avant, avec tout ou partie de ses caracteristiques. [23] L'invention sera si nocessaire mieux comprise et d'autres details, caracteristiques et avantages de ('invention pourront apparaltre a la lecture de la description suivante faite a titre d'exemple non limitatif en reference aux 30 dessins annexes. 5 BREVE DESCRIPTION DES FIGURES - la figure 1 est une coupe axiale schematique partielle (la coupe passant par l'axe longitudinal, L-L ci-apres, d'une turbomachine d'aeronef appeloe ci-apres turbomoteur) d'une enceinte a huile d'un tel 5 turbomoteur ; - les figures 2,3,4 schematisent, encore en coupe axiale partielle, plusieurs realisations possibles, conformement a l'invention, de la zone reporee II figure 1, ceci dans une vue tournoe de 180° autour de l'axe LL pour la figure 4, otant precise que la solution est completement 10 symetrisable, avec alors une enceinte huilee a gauche et donc une disposition inversoe des moyens de l'invention par rapport aux illustrations des figures 2-4. DESCRIPTION DETAILLEE [24] Sur la figure 1, l'etancheito de ('enceinte a huile 1 du turbomoteur 2 15 est assuroe au moyen d'un systeme d'etancheito conforme a la prosente invention qui est detaille sur les figures suivantes. [25] Le turbomoteur 2 comporte, de fawn connue, une soufflante, un compresseur basse pression, un compresseur haute pression, une chambre de combustion, une turbine haute pression 3 dont un disque de rotor est 20 partiellement visible a la figure 1, une turbine basse pression et une tuyere d'ochappement. Le compresseur haute pression et la turbine haute pression 3 sont lies l'un a l'autre, via ledit disque, par un tambour se prolongeant vers l'amont par une enveloppe et forment ensemble un corps haute pression 5. Un arbre haute pression est associo au disque et au tambour, cote 25 (radialement) interieur dudit corps haute pression. Le compresseur basse pression et la turbine basse pression sont relies par un arbre basse pression 6 et forment avec lui un corps basse pression 7. [26] Le turboreacteur 2 comporte des organes statiques (ou fixes) et des organes tournants, formant les differents elements fonctionnels ci-dessus, 6 de maniere connue. II s'etend globalement suivant un axe L-L qui est l'axe de rotation de ses organes tournants et en particulier l'axe de l'arbre basse pression 6 et de l'enveloppe. Dans la suite de la description, les notions de longitudinal, radial, interne ou externe sont relatives a cet axe L-L. 5 [27] En outre, le turboreacteur 2 prosente des enceintes a huile (ou de paliers), dont l'enceinte a huile aval 1 illustroe sur la figure 1 qui comprend un palier 8 equips de rouleaux de palier 9, pour assurer la liaison rotative entre le corps haute pression 5 et le corps basse pression 7. [28] Par la suite, l'invention va etre docrite, a titre d'exemple illustratif, en 10 relation avec l'enceinte a huile 1, mais elle s'applique a toute autre enceinte du meme type contenant ou logeant des organes avec un brouillard d'huile pour leur lubrification. [29] L'enceinte a huile 1 definit un volume annulaire interieur V1 par des parois d'organes fixes et d'organes tournants. Elle est notamment delimitee, 15 du cote radialement interne, par une portion du corps haute pression 5 et, du cote radialement externe, par une portion du corps basse pression 7 (partiellement represents) solidaire de l'arbre basse pression 6. [30] On doit toutefois comprendre que l'invention est applicable aussi dans le cas ou le cote radialement externe est statorique (fixe). 20 [31] Un volume annulaire V2, agence a l'exterieur de l'enceinte 1, du cote amont de celle-ci par rapport au sens general de circulation des gaz dans le turboreacteur (d'amont AM vers l'aval AV, fleche A), est ogalement Mini par une portion du corps haute pression 5, du cote radialement interne et amont, et par une portion du corps basse pression 7, du cote aval. Le volume 25 annulaire V2 comprend aussi l'arbre haute pression rattache a un tourillon 11 du corps haute pression 5. [32] Un gicleur 13 debouchant dans l'enceinte a huile 1 et raccorde a une source d'huile apporte de l'huile dans l'enceinte a huile. [33] Pour assurer l'etancheito a l'huile entre les deux volumes V1 et V2 30 annulaires adjacents et oviter que de l'huile (permettant la lubrification des paliers) ne vienne au contact des pieces chaudes, le turbomoteur 2 7 comprend au moins un joint, ici deux joints, circonforentiels annulaires 10A et 10B qui sont montos radialement sur/entre le tourillon 11 du corps haute pression 5 et une partie 17 du corps basse pression 7. S'ils sont deux, les joints 10A et 10B sont espacos longitudinalement (axe L-L) l'un de l'autre 5 d'une distance prodefinie. [34] Dans l'exemple prefore tel que docrit pour illustrer l'invention, la paire de joints 10A et 10B comprend deux joints labyrinthes qui assurent donc l'etancheito entre les deux volumes V1 et V2 annulaires attenants. [35] Ainsi, le volume annulaire delimito par le tourillon 11, la partie 10 radialement en regard 17 du corps basse pression 7 et la paire de joints 10A et 10B forme une chambre d'etancheito 12. [36] Un certain niveau de (sur) pression est assure en amont du systeme de joint 10A,10B afin de creer un debit de gaz vers l'enceinte 1. Ces gaz s'opposent a la sortie d'huile par ce systeme de joint. La difference de 15 pression est definie pour etre suffisante lors du regime de ralenti de la turbomachine. [37] Malgre cela, de l'huile peut fuir de l'enceinte 1 au moins jusque dans la chambre d'etancheito 12 situoe en particulier entre lesdits joints 10A,10B. [38] On va donc ici chercher a bloquer cette huile de fuite et la renvoyer 20 dans le circuit habituel de l'huile. [39] Pour cela, comme schematise sur les figures 2 et suivantes - qui illustrent donc des solutions compatibles avec l'invention - et de fawn que de l'huile prosente en amont du premier joint 10A (ici le joint labyrinthe aval) puisse etre lancoe vers l'aval, en direction de ce premier joint : 25 - le rotor, dans l'exemple le corps haute pression 5, comprend une paroi lance-gouttes 14 situoe en amont du premier joint 10A, et - ('element associe, mobile en rotation autour de l'axe L-L dans l'exemple, tel une portion du corps basse pression 7, comprend une goulotte 17 pour recuperer de l'huile pouvant avoir oto lancoe vers (donc en direction de) cette 30 goulotte, par l'intermediaire de la paroi lance-gouttes 14, lors d'une rotation 8 du turbomoteur (donc notamment de son rotor haute pression dans ce cas). L'huile est ainsi centrifugoe du cote dudit premier joint 10A. [40] Sur les figures 2 a 4, le repere 16 indique de telles gouttes qui sont lancoes, en particulier par centrifugation, entrainees par le rotor. Ces gouttes 5 peuvent avoir oto d'abord concentrees dans une cavito 15 amenagoes dans le rotor qui est dans I'exemple de la prosente description, le rotor haute pression 5. Cette cavito 15 communique avec Ia goulotte 17 en otant radialement en regard direct de Ia goulotte 17. A partir de Ia cavito 15, Ia paroi lance-gouttes 14 fait saillie (radialement) vers l'exterieur, en direction 10 de ('element associo qui comprend Ia goulotte 17. Ainsi lancoes, les gouttes d'huile de fuite adherent par capillarito a Ia surface aval 14a du lance-gouttes qui les recuperent. [41] Dans I'exemple Must* Ia paroi lance-gouttes 14 fait saillie radialement vers l'exterieur de Ia cavito 15 du rotor, du cote amont (AM) de 15 celle-ci. [42] Au moins un trou de drainage 18 communiquant avec ('enceinte a huile 1, pour y faire passer I'huile recuperee, pourra permettre de renvoyer effectivement vers ('enceinte a huile 1 cette huile de fuite. Ce trou de drainage 18 est amenage dans ('element de stator comprenant Ia goulotte 20 17, sensiblement a partir d'une extromito radialement externe de cette derniere. [43] De preference, plusieurs trous de drainage 18 seront provus, circonforentiellement, dans ledit element associe, ici Ia portion concernoe du corps basse pression 7. 25 [44] La position preforentielle du/des trous de drainage sera a 6h, turbomachine 2 a l'arret ; voir figure 4. [45] On peut toutefois provoir d'autres trous de drainage 18, a condition qu'ils gardent une pente suffisante pour ovacuer I'huile par gravito en particulier a l'arret du moteur; voir figure 2, trou de drainage 18 a 12h, 30 turbomachine 2 a l'arret. Cette evacuation resulte aussi de Ia centrifugation comme it ressort des explications procedentes. 9 [46] Pour socuriser l'etancheito tant de l'enceinte a huile 1 que de la zone de recuperation au niveau de la paroi lance-gouttes 14, it sera donc preforentiellement provu un systeme d'etancheito a deux dispositifs d'etancheites constituos par des joints 10A et 10B, le premier aval, le second 5 amont. Ces joints sont agencos en otant interposes entre lesdits rotor et element associe, creant ainsi une otancheito a deux otages pour l'enceinte a huile. [47] La paroi lance-gouttes 14 et la goulotte 17 seront alors situees axialement entre ces dits premier et deuxieme joints 10A et 10B. 10 [48] Dans l'exemple de realisation prosentement docrit, cheque dispositif d'etancheito est constitue par un joint labyrinthe qui comprend des lames, ou lochettes 19 sur le rotor, dans l'exemple le corps haute pression 5, avec lesquelles coopere au moins une portion de surface. En l'espece it s'agit ici de portion de surface appartenant a un blocs 21 en materiau abradable, 15 chacun provu sur ledit element, ici mobile. Dans l'exemple prosentement docrit, it s'agit de la portion concernoe du corps basse pression 7, pour mei-lager avec les lochettes 19 un jeu aussi faible que possible entre rotor et stator. Plusieurs lames en parallele induisent une succession de pertes de charge sur le flux de gaz qui contourne l'etage de rotor concern& assurant 20 de maniere classique l'etancheito souhaitoe entre les lames 19 et le bloc d'abrabable correspondant. [49] Si deux joints axiaux 10A et 10B sont provus, avec donc axialement la paroi lance-gouttes 14 interposoe entre eux, la goulotte 17 sera, en particulier dans une solution a lochettes 19 et blocs 21 en materiau 25 abradable, delimitee entre deux excroissances radiales 27A,27B dudit element 7 concern& [50] Dans la solution de la figure 2, on aura remarque que la paroi lancegouttes 14 est de courte longueur : sa saillie vers l'exterieur, au-dela de la cavito 15 du rotor, s'interrompt dans un espace intermediaire 23 entre le rotor 30 5 et ledit element 7. Son extern ito libre 140 est donc situoe radialement hors de la goulotte 17 ou juste a ('entree de celle-ci. II s'agit ici du raccordement 10 de communication entre la cavito 15 amenagee dans le rotor et la goulotte 17 amenagee dans le stator. [51] Comme déjà mentionne, cette solution est en particulier applicable dans le cas ou la vitesse poriphorique du rotor est suffisamment importante 5 pour centrifuger efficacement le surplus d'huile. [52] De plus, une telle solution a lance-gouttes 14 court permet que la partie concernoe du rotor qui, dans l'exemple, porte ladite portion de surface en materiau abradable, ici les blocs 21, soit facilement demontable. Cette remarque s'applique en particulier a la partie rotor 5 monobloc et a la partie 10 stator 7 ogalement monobloc comme dans l'exemple de realisation montre a la figure 2. [53] Dans le cas d'une vitesse poriphorique plus faible, le lance-gouttes 14 pourra etre plus long. Dans ce cas, la paroi lance-gouttes s'etend radialement jusque dans la goulotte 17 ou son extromito libre est situoe (voir 15 figures 3,4). [54] Pour assurer un demontage et un demontage plus aise dans cette zone, un flasque 27 (qui est represents figure 3 cote radialement externe (ici stator) ; element 7,) pourra alors porter la deuxieme partie 10B de labyrinthe et refermer la goulotte 15 soit par l'amont, soit par l'aval.... 20 [55] Le flasque 27 pourra etre fixo par bridage 29 a la partie (piece) principale 70 concernoe, ici du stator. [56] L'innovation proposoe dans le present document permet d'amoliorer les systemes classiques de labyrinthe utilises, notamment lorsque la pressurisation est moins efficace selon l'usure du moteur et/ou les 25 transitoires de fonctionnement du moteur. [57] L'ajout du lance-gouttes 14 aura pu permettre de recuperer de l'huile en ovitant des fuites et de reinjecter cette huile dans le circuit au lieu de la perdre. Ainsi it n'y aura pas besoin de rajouter un systeme de drainage supplementaire hors enceinte d'huile pour recuperer celle-ci. De plus, la 30 solution permet de diminuer le risque de fuite dans l'hypothese d'une 11 defaillance de pressurisation ou d'un ocart defavorable de difference de pressions entre ('enceinte huilee 1 et l'exterieur. [58] L'effet centrifuge existant des Ia rotation de Ia turbomachine, les besoins de pressurisation forte existant dans ('art anterieur conventionnel 5 peuvent titres minoros. Cette diminution de pressurisation implique Ia diminution des prolevements dans tout le systeme amont, allogeant ainsi tout le moteur et permettant de limiter le prolevement d'air REVENDICATIONS1. Ensemble pour assurer l'etancheito entre une enceinte a huile (1,V1) et un volume (V2) attenant qui sont delimites par un rotor (5) mobile en rotation autour d'un axe (L-L) et un element (7), fixe ou mobile, ledit 5 ensemble comprenant : - au moins un premier joint (10A) agence entre ledit rotor et ledit element, - un gicleur (13) pour apporter de l'huile dans l'enceinte a huile (1,V1), caracterise en ce que : - le rotor (5) comprend une paroi lance-gouttes (14) situoe en amont du 10 premier joint (10A), de fawn que de l'huile prosente en amont dudit premier joint (10A) puisse etre centrifugoe du cote dudit premier joint (10A), lors de la rotation du rotor (5), et - ledit element (7) comprend une goulotte (17) pour recuperer de l'huile pouvant avoir oto lancoe, via ladite centrifugation, vers la goulotte (17) par 15 l'intermediaire de la paroi lance-gouttes (14). 2. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel la goulotte (17) pour recuperer de l'huile comprend au moins un trou (18) de drainage communiquant avec l'enceinte a huile (1,V1), pour y faire passer l'huile. 3. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 20 procedentes, qui comprend un deuxieme joint (10B) agence entre ledit rotor et ledit element, creant une otancheito a deux otages pour l'enceinte a huile (1,V1), la paroi lance-gouttes (14) et la goulotte (17) otant situees axialement entre lesdits premier et deuxieme joints (10A,10B). 4. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 25 procedentes, dans lequel ledit au moins un premier joint (10A) comprend un joint labyrinthe. 5. Ensemble selon l'une quelconque des revendications procedentes, dans lequel la paroi lance-gouttes (14) prosente une extromito libre (140) situoe dans un espace intermediaire (23) entre le rotor (5) et ledit 30 element (7). 13 6. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 a 4, dans lequel la paroi lance-gouttes (14) s'etend jusque dans la goulotte (17). 7. Ensemble selon l'une quelconque des revendications procedentes, dans lequel lesdits premier et deuxieme joints (10A,10B) comprennent deux joints labyrinthe. 8. Ensemble selon l'une quelconque des revendications procedentes, dans lequel la goulotte (17) est delimitee par : - un flasque (27) demontable - une piece (70) pourvue de l'un parmi des lochettes (19) et des blocs (21) en materiau abradable. 9. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 a 7, dans lequel la goulotte (17) est delimitee entre deux excroissances (27A,27B) dudit element (7), chacune pourvue de l'un parmi des lochettes (19) et des blocs (21) en materiau abradable. 10. Turbomachine (2) a gaz pour aoronef, comprenant un ensemble selon l'une quelconque des revendications procedentes.