Brevet FR3081512A1 — publié le 20191129

DISPOSITIF D'ETANCHEITE A GRAND DEPLACEMENT POUR UN MOTEUR D'AERONEF Domaine technique : La présente invention concerne le domaine turbomachines pour aéronefs. Elle vise plus particulièrement les systèmes d'étanchéité entre deux parois cylindriques engagées coaxialement l'une dans l'autre. Etat de l'art : Notamment, dans l'architecture de turbomachine à doublet d'hélices non carénées, il est par exemple nécessaire d'assurer l'étanchéité au passage entre le carénage extérieur, statique, et la plateforme reliée aux pales de chaque hélice. L'étanchéité doit également être assurée entre des parois reliées aux arbres entraînant ces hélices et un carter interne ou une coque qui est soit statique, soit tournant à une vitesse différente. Une solution connue, généralement adoptée dans les turbomachines pour assurer une étanchéité entre deux éléments tournants, est l'introduction de joints à labyrinthes. Cependant, pour les configurations citées sur l'exemple, plusieurs phénomènes compromettent l'efficacité de ce type de solution. Premièrement, il peut y avoir un déplacement radial important entre les deux parois. A cause des tolérances de fabrication et des jeux, les labyrinthes peuvent ici se retrouver avec un jeu radial très ouvert afin d'assurer le montage et un fonctionnement sain. Cela nuit à l'efficacité de leur fonction principale qui est d'assurer l'étanchéité. Deuxièmement, il peut y avoir un déplacement axial important entre les deux parois. Dans ce cas, la conception des labyrinthes pour encaisser ces déplacements entraîne des sur-longueurs importantes. Enfin, suivant les points de fonctionnement du moteur, le gradient de pression entre les deux extrémités du passage peut s'inverser sur les exemples cités. L'invention a pour but de permettre d'assurer une bonne étanchéité à un passage entre deux coques concentriques pouvant tourner l'une par rapport à l'autre malgré l'occurrence des phénomènes précités. 2 Présentation de l'invention: L'invention concerne un dispositif d'étanchéité entre deux parois sensiblement cylindriques d'un moteur d'aéronef, les deux parois, respectivement radialement interne 5 et externe, étant engagées coaxialement l'une dans l'autre, caractérisé en ce que : - la paroi externe comprend des premiers et des deuxièmes moyens annulaires de support qui sont formés en saillie radialement vers l'intérieur et définissent entre eux un espace annulaire s'étendant autour de la paroi interne, - la paroi interne comprend des troisièmes moyens annulaires d'appui axial qui 10 sont formés en saillie radialement vers l'extérieur et sont situés au moins en partie dans ledit espace annulaire, - une première bague annulaire d'étanchéité en appui axial sur un côté desdits troisièmes moyens est sollicitée axialement contre ces derniers par des premiers moyens élastiques portés par lesdits premiers moyens, et 15 - une seconde bague annulaire d'étanchéité en appui axial sur un côté opposé desdits troisièmes moyens est sollicitée axialement contre ces derniers par des seconds moyens élastiques (26) portés par lesdits seconds moyens. La réalisation d'une étanchéité par frottement des deux bagues sur les surfaces d'appui permet des déplacements importants axialement et radialement entre les deux 20 pièces. L'extension des moyens élastiques permet d'absorber des déplacements axiaux. La distance axiale entre les deux surfaces d'appui peut être choisie de manière à toujours faire fonctionner les deux bagues ou bien de manière à conserver une seule bague en contact avec sa surface d'appui, suivant les positions relatives des deux parois. 25 L'absorption du déplacement radial peut être pilotée par l'extension radiale des deux bagues et des moyens annulaires d'appui. Par ailleurs, quel que soit le sens de la différence de pression aux extrémités du dispositif d'étanchéité, une des deux bagues est toujours en appui sur les moyens annulaires correspondant dans le sens correspondant, donc peut assurer l'étanchéité 30 sans risquer d'être écartée de sa surface d'appui par la différence de pression. 3 De préférence, chacune des bagues est en appui radial sur une surface radialement interne de ladite paroi externe et est apte à coulisser axialement sur cette surface. Avantageusement, lesdites surfaces d'appui sont des gorges qui créent une butée pour chaque bague, limitant ainsi le fonctionnement de chacune pour une configuration 5 de différence de pression donnée. Elles permettent également, pour au moins l'une des bagues, un verrouillage en position lors du montage. Dans un mode de réalisation préféré, lesdits moyens d'appui axial comprennent deux nervures annulaires radialement externes, la première bague étant en appui axial sur une de ces nervures et la seconde bague étant en appui sur l'autre de ces nervures. 10 Avantageusement, les nervures sont séparées de ladite paroi externe par un jeu radial qui est inférieur à la dimension radiale desdites première et seconde bagues. Lesdits moyens élastiques peuvent comprendre des ressorts de compression. Avantageusement, dans ce cas, lesdits premier et second moyens de support comprennent des sièges de logement d'extrémités desdits ressorts. 15 Avantageusement, lesdits deuxièmes moyens de support sont situés à une extrémité axiale libre de ladite paroi externe et sont formés par au moins une pièce rapportée tel qu'un écrou. De préférence, lesdites bagues sont réalisées dans des matériaux anti-friction. L'invention concerne également une turbomachine d'aéronef, comportant au moins 20 un dispositif tel que décrit précédemment. Avantageusement, le dispositif monté assure l'étanchéité entre deux parois de rotor co-rotatives, entre deux parois de rotor contra-rotatives, ou entre une paroi de rotor et une paroi de stator, ou entre deux parois de stator. 25 Brève description des figures : La présente invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, en référence aux dessins annexés sur lesquels : La figure 1 représente une vue en perspective d'un moteur d'aéronef à deux hélices 30 contrarotatives concerné par l'invention. 4 La figure 2 représente une demi coupe axiale du moteur de la figure 1 indiquant des zones utilisant un dispositif selon l'invention pour assurer l'étanchéité entre deux parois cylindriques engagées coaxialement l'une dans l'autre. La figure 3 représente schématiquement une vue en perspective coupée selon un 5 plan axial d'un dispositif d'étanchéité selon l'invention. Description d'un mode de réalisation de l'invention : Les figures 1 et 2 présentent un moteur d'aéronef utilisant l'invention avec un doublet d'hélices contrarotatives, 1 et 2. Le doublet d'hélices est placé à l'arrière du 10 moteur et entraîne l'air circulant autour d'un carénage 3 de révolution enveloppant le moteur. Le moteur, de type turbomachine, comporte un générateur de gaz 4, non explicité mais dont la place est indiquée par un rectangle, qui est alimenté par une entrée d'air centrale. Le générateur de gaz 4 fait tourner une turbine de puissance 5 qui entraîne en rotation autour de l'axe moteur X, via un réducteur à train d'engrenage 15 épicycloïdal, la première hélice 1 dans un sens et la deuxième hélice 2 en sens inverse. La veine annulaire 6 d'échappement des gaz de la turbine passe entre le carénage externe 3, au niveau duquel se situent les pieds des pales des hélices, 1 et 2, et un carénage interne 7, entourant les arbres tournants des hélices. Comme indiqué sur la figure 2, on trouve donc pour chaque hélice, 1 et 2, à la traversée de chaque carter, au 20 moins une jointure, 8a, 8b, 8c, 8d et 8e, entre deux parois sensiblement cylindriques qui sont en rotation l'une par rapport à l'autre et pour lesquelles il faut assurer une étanchéité. En effet, de part et d'autre des parois, au niveau de la jointure, les gaz ont des propriétés dynamiques et des pressions différentes. Par ailleurs, si l'on prend par exemple la jointure 8a entre la paroi tournante au pied de la première hélice 1 avec un 25 élément du carénage externe 3, fixe, entourant la veine d'échappement 6 en sortie de turbine 5, les dilatations thermiques des deux pièces peuvent être très différentes puisque l'une est en contact avec l'air ambiant extérieur et l'autre avec l'air chaud sortant de la turbine. La figure 3 décrit un dispositif d'étanchéité selon l'invention au niveau d'une jonction, 30 telle que celles décrites précédemment, utilisant un chevauchement le long d'un axe X de deux parois annulaires, 9 et 10, coaxiales. 5 Au niveau du dispositif d'étanchéité, les deux parois, 9 et 10, sont sensiblement cylindriques et séparées radialement d'une distance H. Sur la figure 3, la paroi externe 10 vient de la gauche et le dispositif d'étanchéité est installé sur la gauche et à proximité de l'extrémité axiale de cette dernière. Pour la suite de la description, les 5 termes de droite et gauche seront utilisés en référence à la figure 3 pour positionner les éléments les uns par rapport aux autres. La paroi radialement interne 9 comporte une surface radialement externe 11 sensiblement cylindrique et deux nervures annulaires, 12 et 13, faisant saillie extérieurement de ladite surface radialement externe sous la paroi radialement externe 10 10. L'extension radiale h2 des nervures, 12 et 13, est inférieure à la distance radiale H entre les parois, 9 et 10. La différence entre H et h2 donne un jeu J permettant un déplacement radial des parois l'une par rapport à l'autre. Une première nervure 12 comporte une première face externe 15 radiale tournée vers la gauche et la deuxième nervure 13 comporte une deuxième face externe 16 15 radiale tournée vers la droite. Les dites première face externe 15 et deuxième face externe 16 sont espacées axialement d'une distance x1. L'ensemble des deux nervures, 12 et 13, sépare un premier espace annulaire entre les deux parois, 9 et 10, situé à leur droite, d'un deuxième espace annulaire entre les deux parois, 9 et 10, situé à leur gauche. Le premier espace annulaire est relié à une 20 cavité intérieure à la paroi interne 9 et le premier espace annulaire est relié à une cavité extérieure à la paroi externe 10. Le jeu entre les nervures, 12 et 13, et la paroi externe 10 forme donc un passage qui relie la cavité interne et la cavité externe par lesdits premier et deuxième passages annulaires. La surface radialement interne 14 de la paroi externe 10 comporte deux gorges, 17 25 et 18, placées symétriquement par rapport à la paire de nervures, 12 et 13, de la paroi interne 9. Une première gorge 17 débute axialement à gauche de la première face externe 12 des nervures et chevauche axialement cette dernière. De manière symétrique la deuxième gorge 6 débute axialement à droite de la deuxième face externe 13 des nervures et chevauche axialement cette dernière. 30 On s'intéresse d'abord à la partie du dispositif située à gauche des nervures 12 et 13. Le dispositif comporte une première bague annulaire 19 qui est montée glissante 6 axialement sur le fond de la première gorge 17. La bague 19 est avantageusement fendue, de manière à pouvoir être introduite dans la gorge 17. Le déplacement axial de la bague annulaire est donc contraint par l'extension de la gorge mais la bague peut être plaquée contre la première face externe 15 des nervures pour fermer la 5 communication entre le premier espace annulaire, à gauche, et le passage entre la paroi externe 10 et les nervures, 12 et 13. L'extension radiale h3 de la première bague est inférieure à la distance radiale H entre les parois cylindriques, au moins de la même valeur que l'extension radiale h2 des nervures, 12 et 13. Par contre, le jeu J entre les nervures, 12, et 13, et la paroi 10 externe 10 est inférieur à l'extension radiale h3 de la bague 19, de préférence inférieure à la moitié de celle-ci. De cette manière la première face externe 15 des nervures 12 forme une piste d'appui pour la première bague annulaire 19 en vue d'assurer une étanchéité. A cet effet, la bague annulaire 19, qui peut être remplacée, est en matériau abradable pour s'user plus vite que la nervure 12. 15 La paroi radialement interne 12 de la paroi externe 10 porte aussi une bride annulaire 20 faisant saillie radialement à droite de la première gorge 17. Cette bride annulaire 20 comporte un ou plusieurs logements axiaux 21 agencés pour maintenir un ou plusieurs ressorts 22 pressant axialement la première bague annulaire 19 contre la première face externe 12 des nervures. Des lamages peuvent être réalisés sur ladite 20 bague pour loger les ressorts et permettre l'anti-rotation de la bague 19. Ce système permet d'assurer l'étanchéité si la pression dans la cavité interne est inférieure ou pas trop élevée par rapport à la pression dans la cavité externe et ne risque pas de repousser la première bague 19 de sa surface d'appui 15. Par ailleurs, l'extension axiale de la gorge de guidage 17 de la première bague 19 autorise des 25 déplacements axiaux relatifs entre les deux parois d'amplitude équivalente à cette extension axiale. Enfin, l'amplitude des déplacements radiaux autorisés entre les parois externe 10 et interne 9 en maintenant l'étanchéité est donnée par la valeur du jeu radial J entre les nervures, 12 et 13, et la paroi externe 10. Cependant, si la pression dans la cavité interne est trop élevée par rapport à la 30 pression dans la cavité externe, le gaz dans le deuxième espace annulaire, à droite des 7 nervures, 12 et 13, peut repousser la première bague 19 en contrant l'effet des ressorts 22 et détruire l'étanchéité du dispositif. En vue de répondre à ce problème, le dispositif comporte ici une deuxième partie, située à droite, du côté de l'extrémité axiale de la paroi externe 10. 5 De manière symétrique, le dispositif comporte une deuxième bague annulaire 23 qui est montée glissante axialement sur le fond de la deuxième gorge 18. La bague 23 est avantageusement fendue, de manière à pouvoir être introduite dans la gorge 18. Le déplacement axial de la bague annulaire 23 est donc contraint par l'extension de la gorge 18 mais la bague 23 peut être plaquée contre la deuxième face externe 16 des 10 nervures, 12 et 13, pour fermer la communication entre le deuxième espace annulaire, à droite, et le passage entre la paroi externe 10 et les nervures, 12 et 13. L'extension radiale de la deuxième bague 23 est égale celle h3 de la première et inférieure à la distance radiale H entre les parois cylindriques, 9 et 10, au moins de la même valeur que l'extension radiale h2 des nervures, 12 et 13. Par contre, le jeu J 15 entre les nervures, 12, et 13, et la paroi externe 10 est inférieur à l'extension radiale h3 de la bague 23, de préférence inférieure à la moitié de celle-ci. De cette manière la deuxième face externe 16 des nervures 12 forme une piste d'appui pour la deuxième bague annulaire 23 en vue d'assurer une étanchéité. A cet effet, la bague annulaire 23, qui peut être remplacée, est aussi en matériau abradable pour s'user plus vite que la 20 nervure 13. Ici, une pièce rapportée 24 est montée, encastrée ou vissée comme un écrou, sur l'extrémité radiale de la paroi externe 10. Ladite pièce 24 comporte une partie qui fait saillie radialement vers l'intérieur par rapport à la face interne 14 de la paroi externe 10. Un ou plusieurs logements axiaux 25 y sont agencés pour maintenir un ou plusieurs 25 ressorts 26 pressant axialement la deuxième bague 23 contre la deuxième face externe 16 des nervures. Des lamages peuvent être réalisés sur ladite pièce 24 pour loger les ressorts 26 et permettre l'anti-rotation de la bague 23. De manière opposée au cas précédent, ce système permet d'assurer l'étanchéité si la pression dans la cavité intérieure est inférieure ou pas trop élevée par rapport à la 30 pression dans la cavité extérieure. Par ailleurs, cette deuxième partie du dispositif 8 permet les mêmes déplacements axiaux et radiaux que la première partie, de l'autre côté des nervures, 12 et 13. En plus de permettre des déplacements axiaux, l'extension des gorges, 17 et 18, permet de créer une butée pour chaque bague, 19 et 23, limitant le fonctionnement de 5 celle-ci dans une configuration de différentiel de pression donnée entre la cavité intérieure et la cavité extérieure. La distance axiale x1 entre les faces externes, 15 et 16, sur la paire de nervures, permet soit de toujours faire fonctionner les deux bagues, 19 et 23, ou de ne conserver qu'une seule bague en fonctionnement suivant la position axiale relative des deux 10 parois, 9 et 10. Le montage du dispositif d'étanchéité ainsi décrit peut se faire de la manière suivante : - Montage de la pièce comportant la paroi radialement externe 10; - Montage du ou des ressorts 22 permettant le plaquage de la première bague 19 15 sur la première face externe 15 des nervures ; - Montage de la première bague annulaire fendue 19 dans la gorge 17 prévue à cet effet sur la paroi radialement externe 10 ; - Installation de la pièce comportant la paroi radialement interne 9 dans sa position nominale de telle sorte que la première face externe 15 des nervures appuie 20 contre la première bague 19; - Installation de la deuxième bague annulaire fendue 23 dans la gorge 18 prévue à cet effet ; - Montage des ressorts 26, permettant le plaquage de la deuxième bague 23 sur la deuxième face externe 16 des nervures, dans leur logement 25 sur la pièce 25 d'extrémité 24; - Montage de la pièce d'extrémité 24 contenant les ressorts 26 installés dans leur logement sur l'extrémité REVENDICATIONS1. Dispositif d'étanchéité entre deux parois sensiblement cylindriques d'un moteur d'aéronef, les deux parois, respectivement radialement interne et externe, étant engagées coaxialement l'une dans l'autre, caractérisé en ce que : - la paroi externe (10) comprend des premiers (20) et des deuxièmes (24) moyens annulaires de support qui sont formés en saillie radialement vers l'intérieur et définissent entre eux un espace annulaire s'étendant autour de la paroi interne, - la paroi interne (9) comprend des troisièmes moyens annulaires (12-13) d'appui axial qui sont formés en saillie radialement vers l'extérieur et sont situés au moins en partie dans ledit espace annulaire, - une première bague annulaire (19) d'étanchéité en appui axial sur un côté (15) desdits troisièmes moyens (12-13) est sollicitée axialement contre ces derniers par des premiers moyens élastiques (22) portés par lesdits premiers moyens (20), et - une seconde bague annulaire (23) d'étanchéité en appui axial sur un côté opposé (16) desdits troisièmes moyens (12-13) est sollicitée axialement contre ces derniers par des seconds moyens élastiques (26) portés par lesdits seconds moyens (24). 2. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des bagues (19, 23) est en appui radial sur une surface radialement interne (17, 18) de ladite paroi externe (10) et est apte à coulisser axialement sur cette surface. 3. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits moyens d'appui axial (12-13) comprennent deux nervures annulaires radialement externes, la première bague étant en appui axial sur une de ces nervures et la seconde bague étant en appui sur l'autre de ces nervures. 4. Dispositif d'étanchéité selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les nervures (12, 13) sont séparées de ladite paroi externe par un jeu radial (J) qui est inférieur à la dimension radiale (h3) desdites première et seconde bagues. 10 5. Dispositif d'étanchéité selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens élastiques (22, 26) comprennent des ressorts de compression. 5 6. Dispositif d'étanchéité selon la revendication précédente, caractérisé en ce que lesdits premier (20) et second moyens (24) de support comprennent des sièges (22, 25) de logement d'extrémités desdits ressorts. 10 7. Dispositif d'étanchéité selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits deuxièmes moyens de support (24) sont situés à une extrémité axiale libre de ladite paroi externe (10) et sont formés par au moins une pièce rapportée tel qu'un écrou. 15 8. Dispositif d'étanchéité selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites bagues (19, 23) sont réalisées dans des matériaux anti-friction. 9. Turbomachine d'aéronef, comportant au moins un dispositif selon l'une des revendications précédentes. 10. Turbomachine selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif monté assure l'étanchéité entre deux parois de rotor co-rotatives, entre deux parois de rotor contra-rotatives, ou entre une paroi de rotor et une paroi de stator, ou entre deux parois de stator. 20 25