Brevet FR3090729A1 — publié le 20200626

Description Titre de l'invention : STRUCTURE D'ETANCHEITE POUR TURBOMACHINE Domaine technique [0001] L'invention concerne une structure d'étanchéité au sein d'une turbomachine. [0002] L'invention vise plus spécifiquement le contrôle des jeux entre deux organes d'étanchéité d'une turbomachine. Technique antérieure [0003] On connaît des turbomachines comprenant un premier rotor et une pièce annulaire coaxiale au premier rotor. Le positionnement respectif du premier rotor par rapport à la pièce annulaire définit un ensemble d'enceintes déterminant des veines de ventilation. En fonctionnement, des flux d'air circulent au sein de ces veines de ventilation. L'étanchéité entre ces différentes veines de ventilation est généralement assurée par coopération d'un premier organe d'étanchéité disposé sur le premier rotor, et d'un deuxième organe d'étanchéité disposé sur la pièce annulaire, les deux organes d'étanchéité étant positionnés en regard l'un de l'autre. [0004] De manière connue, l'un du premier ou du deuxième organe d'étanchéité comprend une pluralité de léchettes radiales s'étendant en saillie dudit organe d'étanchéité, vers l'autre organe d'étanchéité qui se trouve en regard. Ce type de configuration est généralement appelée « architecture à labyrinthe ». En effet, le flux d'air circulant à l'interface entre les deux organes d'étanchéité, est bloqué par la coopération entre l'extrémité des léchettes et la surface correspondante de l'organe d'étanchéité en regard. [0005] Toutefois, une telle structure d'étanchéité s'avère parfois peu performante lorsque, en fonctionnement, le premier rotor et la pièce annulaire subissent des déplacements relatifs importants. Dans ce cas, il est constaté l'apparition de fuites ou de jeux au niveau d'architectures à labyrinthe, notamment à l'interface entre les léchettes et l'organe d'étanchéité en regard desdites léchettes. [0006] Il existe donc un besoin d'une structure d'étanchéité qui palie au moins l'un des in- convénients de l'art antérieur. [0007] DESCRIPTION DE L'INVENTION [0008] Un des buts de l'invention est d'assurer l'étanchéité entre des cavités de tur- bomachine qui, en fonctionnement, subissent de forts déplacements les unes par rapport aux autres. [0009] Un autre but de l'invention est de proposer une structure d'étanchéité à l'interface entre deux rotors, et entre un rotor et un stator. 2 [0010] Un autre but de l'invention est de simplifier le montage d'un ensemble pour tur- bomachine comprenant une structure d'étanchéité. [0011] Un autre but de l'invention de l'invention est d'améliorer l'étanchéité entre des veines de ventilation d'une turbomachine. [0012] Un autre but de l'invention est de simplifier la fabrication d'organes d'étanchéité pour turbomachine. [0013] A cet égard, l'invention a pour objet un ensemble pour turbomachine comprenant : un premier rotor configure pour être mis en rotation autour d'un axe longitudinal de la turbomachine, le premier rotor comprenant un premier organe d'étanchéité présentant une surface radialement externe, une léchette s'étendant en saillie de ladite surface radialement externe, une pièce annulaire coaxiale avec le premier rotor, la pièce comprenant un deuxième organe d'étanchéité présentant une surface radialement interne disposée en regard de la surface radialement externe du premier organe d'étanchéité, [0014] l'ensemble étant caractérisé en ce que : un orifice traversant est formé dans la surface radialement interne du deuxième organe d'étanchéité, et la léchette est deformable entre - une première configuration, dans laquelle le premier rotor est mis en rotation, et la léchette s'étend à distance de la surface radialement externe du premier organe d'étanchéité, de sorte qu'un flux d'air circulant entre la surface radialement externe du premier organe d'étanchéité et la surface radialement interne du deuxième organe d'étanchéité, soit dévié par la léchette vers l'orifice, et - une deuxième configuration dans laquelle le premier rotor est fixe. [0015] Grâce à un tel ensemble, l'apparition de fuites d'air est limitée car, en fonc- tionnement, tout le tlux d'air piégé à l'interface entre la surface radialement externe du premier organe d'étanchéité et la surface radialement interne du deuxième organe d'étanchéité, est évacué à travers l'orifice, et ce même si le premier rotor et la pièce annulaire se déplacent l'un par rapport à l'autre. En outre, dans la deuxième configuration, le montage du premier rotor sur la pièce annulaire est facilité. [0016] Avantageusement, mais facultativement, l'ensemble selon l'invention peut en outre comprendre au moins l'une des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison : le deuxième organe d'étanchéité présente une surface radialement externe 3 opposée à la surface radialement interne du deuxième organe d'étanchéité, l'ensemble comprenant en outre une paroi - fixée en regard de la surface radialement externe du deuxième organe d'étanchéité, et - configurée pour définir, avec ladite surface radialement externe du deuxième organe d'étanchéité, une chambre d'évacuation du flux d'air dans laquelle débouche l'orifice, le deuxième organe d'étanchéité comprend un raidisseur s'étendant en saillie de la surface radialement interne du deuxième organe d'étanchéité, le raidisseur présente une surface radialement interne inclinée par rapport à la surface radialement interne du deuxième organe d'étanchéité, ladite surface interne inclinée du raidisseur étant configurée pour guider la léchette lors du montage de l'ensemble, une épaisseur de la léchette est inférieure à une épaisseur du premier organe d'étanchéité, la léchette est - rapportée et fixée sur le premier organe d'étanchéité, ou - venue de matière dans le premier organe d'étanchéité, une longueur de la léchette est comprise entre 0,9 et 1,5 fois une distance séparant la surface radialement externe du premier organe d'étanchéité de la surface radialcment interne du deuxième organe d'étanchéité, le premier organe d'étanchéité comprend une pluralité de léchettes disposées successivement le long de la surface radialement externe du premier organe d'étanchéité, le deuxième organe d'étanchéité comprenant une pluralité d'orifices traversant correspondant, la pièce annulaire est - un deuxième rotor configure pour être mis en rotation autour de l'axe longitudinal de turbomachine à une vitesse de rotation inférieure à une vitesse de rotation du premier rotor, ou - un stator. [0017] L'invention a également pour objet une turbomachine comprenant un ensemble tel que précédemment décrit. Brève description des dessins [0018] D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la des- cription qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : [0019] [fig.]] [0020] [fig.2] La figure 1, illustre un exemple d'un premier mode de réalisation de l'ensemble selon l'invention, dans lequel les léchettes sont dans une première configuration, [0021] [fig.3] La figure 2 illustre un exemple d'un deuxième mode de réalisation de l'ensemble selon l'invention, dans lequel les léchettes sont dans une deuxième configuration, [0022] [fig.4] La figure 3 illustre un exemple d'un troisième mode de réalisation de l'ensemble selon l'invention, dans lequel les léchettes sont dans une première configuration, et La figure 4 illustre un exemple d'un quatrième mode de réalisation de l'ensemble selon l'invention, dans lequel les léchettes sont dans une deuxième configuration. Description des modes de réalisation [0023] En référence aux figures I à 4, une turbomachine comprend un premier rotor I configure pour être mis en rotation autour d'un axe longitudinal X-X de turbomachine, et une pièce annulaire 2 coaxiale avec le premier rotor. Dans tout ce qui va suivre, on entend par « radial » ou « radialement », une direction prise selon un rayon substantiellement orthogonal à l'axe longitudinal X-X de la turbomachine. [0024] Lc premier rotor 1 comprend un premier organe d'étanchéité 10 présentant une surface radialement externe 100, et la pièce annulaire 2 comprend un deuxième organe d'étanchéité 20 présentant une surface radialement interne 200, en regard de la surface radialement externe 100 du premier organe d'étanchéité 10. [0025] Comme visible sur les figures 1 à 4, la surface radialement externe 100 du premier organe d'étanchéité 10, et la surface radialement interne 200 du deuxième organe d'étanchéité 20 sont substantiellement parallèles entre elles. En effet, il est préférable que, lors de mouvements longitudinaux relatifs du premier organe d'étanchéité 10 par rapport au deuxième organe d'étanchéité 20, les surfaces 100, 200 ne rentrent pas en contact afin d'en préserver la tenue mécanique. [0026] Comme également visible sur les figures 1 à 4, les surfaces 100, 200 peuvent être pa- rallèles à l'axe longitudinal X-X de la turbomachine. Ceci n'est cependant pas limitatif, puisque les surfaces 100, 200 peuvent également être inclinées par rapport à l'axe longitudinal X-X de turbomachine. [0027] En tout état de cause, le premier organe d'étanchéité 10 est mobile en rotation par rapport au deuxième organe d'étanchéité 20. En effet, la pièce annulaire 2 peut être un stator. Alternativement, la pièce annulaire 2 peut être un deuxième rotor configure pour être mis en rotation autour de l'axe longitudinal X-X de turbomachine à une vitesse de rotation inférieure à une vitesse de rotation du premier rotor 1. [0028] Comme visible sur les figures 1 et 3, en fonctionnement, un flux d'air F circule dans une direction longitudinale, au sein d'une première cavité 3 située radialemcnt vers l'extérieur des organes d'étanchéité 10, 20. Afin d'éviter qu'une partie F' de cc flux n'atteigne une deuxième cavité 4 située radialemcnt vers l'intérieur des organes d'étanchéité 10, 20, une léchette 12 s'étend en saillie de la surface radialemcnt externe 100 du premier organe d'étanchéité 10. [0029] La léchette 12 est deformable entre une première configuration déformée pour étanchéité renforcée, comme visible sur les figures 1 et 3 dans laquelle le premier rotor 1 est mis en rotation, et la léchette 12 s'étend à distance de la surface radialemcnt externe 100 du premier organe d'étanchéité 10, et une deuxième configuration de repos, comme visible sur les figures 2 et 4, dans laquelle le premier rotor 1 est fixe, c'est-à-dire fixe en rotation. Autrement dit, le rotor 1 est fixe sans être mis en rotation. [0030] Plus précisément, dans la première configuration, une extrémité radialemcnt externe 120 de la léchette 12 s'écarte de la surface radialemcnt externe 100 du premier organe d'étanchéité 10, sous l'effet de l'effort centrifuge, pour se rapprocher de la surface radialement interne 200 du deuxième organe d'étanchéité 20. La léchette 12 peut alors prendre une forme arrondie, ou concave, de concavité orientée à l'opposé de la circulation du flux d'air F, F'. De cette manière, l'espace séparant la surface radialement externe 100 du premier organe d'étanchéité 10 de la surface radialement interne 200 du deuxième organe d'étanchéité 20, est partiellement ou totalement réduit. Ceci assure qu'une portion de flux d'air F' circulant à l'interface entre les organes 10, 20 ne puisse atteindre la deuxième cavité 4. [0031] Dans la deuxième configuration, l'extrémité radialement externe 120 de la léchette 12 se rapproche de la surface radialement externe 100 du premier organe d'étanchéité 10, de sorte à ménager un espace entre la surface radialement externe 100 du premier organe d'étanchéité 10, et la surface radialement interne 200 du deuxième organe d'étanchéité 20. Ceci facilite notamment le montage du premier rotor 1 avec la pièce annulaire 2. En effet, un tel montage est généralement mis en oeuvre par translation longitudinale d'une pièce par rapport à l'autre. Une telle translation amène en regard la surface radialement externe 100 du premier organe d'étanchéité 10, et la surface radialement interne 200 du deuxième organe d'étanchéité 200. Dans la deuxième configuration, l'extrémité radialement externe 120 de la léchette 12 ne risque donc pas de venir en contact avec la surface radialement interne 200 du deuxième organe d'étanchéité 20. Ainsi, le montage de l'ensemble est facilité, et sa durée de vie prolongée. 6 [0032] En référence aux figures 1 à 4, une épaisseur E de la léchette 12 peut être inférieure à une épaisseur E' du premier organe d'étanchéité 10. Ceci peut notamment participer au caractère deformable de la léchette 12. Par « épaisseur », il est entendu la dimension prise dans une section du premier rotor 1 qui comprend l'axe longitudinal X-X de turbomachine et qui est substantiellement orthogonale à la surface radialement externe 100 du premier organe d'étanchéité 10. Les figures 1 à 4 illustrent d'ailleurs des exemples de réalisation de l'ensemble pour turbomachine selon l'invention qui sont pris dans cette section. [0033] Dans un mode de réalisation, la léchette 12 comprend un premier matériau, et le premier organe d'étanchéité 10 comprend un deuxième matériau, le deuxième matériau étant différent du premier matériau. De cette manière la léchette 12 peut être deformable entre la première configuration et la deuxième configuration. Dans une variante de ce mode de réalisation, la léchette 12 est alors rapportée sur le premier organe d'étanchéité 10. Dans une autre variante de ce mode de réalisation, la léchette 12 est venue de matière avec le premier organe d'étanchéité 10, la pièce formée de la léchette 12 et du premier organe d'étanchéité 10 comprenant alors des matériaux différents suivant les portions de ladite pièce. Une telle pièce peut, par exemple, comprendre des matériaux hybrides, et typiquement être fabriquée en utilisation un procédé de fabrication additive. [0034] Toujours en référence aux figures 1 à 4, la léchette 12 peut être venue de matière dans le premier organe d'étanchéité 10. Cette configuration permet notamment de simplifier la fabrication du premier organe d'étanchéité 10. Alternativement, la léchette 12 peut être rapportée et fixée sur le premier organe d'étanchéité 10. Cette configuration permet notamment de simplifier la fabrication qui comprend, le cas échéant, l'usinage du premier organe d'étanchéité 10, dans la mesure où l'espace dans la seconde cavité 4 est limité, par exemple dans le cas de la proximité d'autres parois de la turbomachine, typiquement au niveau d'une surface radialement interne du premier organe d'étanchéité 10. [0035] En référence à la figure 2, une longueur L de la léchette 12 est comprise entre 0,9 et 1.5 fois une distance séparant la surface radialement externe 100 du premier organe d'étanchéité 10 de la surface radialement interne 200 du deuxième organe d'étanchéité 20. Ceci permet de garantir que, dans la première configuration, l'espace séparant la surface radialement externe 100 du premier organe d'étanchéité 10 de la surface radialement interne 200 du deuxième organe d'étanchéité 20, est partiellement ou totalement réduit, typiquement réduit à 75%, par exemple lorsqu'une direction de la léchette d'étanchéité 12 est orientée à 45° par rapport à l'axe longitudinal X-X dans la première configuration. Par « longueur » L, il est entendu la plus petite distance séparant l'extrémité radialement externe 120 de la léchette 12 d'une extrémité ra- 7 dialemcnt interne 122 de ladite léchette 12. Etant entendu que la longueur L précédemment définie est celle prise dans la seconde configuration, en l'absence de tout effort de déformation de la léchette 12. Par « distance » il est entendu la plus petite distance séparant la surface radialement externe 100 du premier organe d'étanchéité 10 de la surface radialement interne 200 du deuxième organe d'étanchéité 20. [0036] Comme également visible sur les figures 1 à 4, un orifice traversant 22 peut être formé dans la surface radialement interne 200 du deuxième organe d'étanchéité 20. De cette manière, dans la première configuration, un flux d'air F' circulant entre la surface radialement externe 100 du premier organe d'étanchéité 10 et la surface radialement interne 200 du deuxième organe d'étanchéité 20, est dévié F" par la léchette 12 vers l'orifice 22. Grâce à l'orifice traversant 22, non seulement le flux d'air F' circulant à l'interface entre les organes 10, 20 ne peut atteindre la deuxième cavité 4, mais il est en outre évacué directement F" vers la première cavité 3. Ainsi, le risque de fuites est davantage réduit. [0037] En référence à la figure 3, dans un mode de réalisation, le deuxième organe d'étanchéité 20 peut comprendre une paroi 21 fixée en regard d'une surface radialement externe 210 du deuxième organe d'étanchéité qui est opposée à la surface radialement interne 200 du deuxième organe d'étanchéité 20. La paroi 21 est ainsi configure° pour définir, avec la surface radialement externe 210 du deuxième organe d'étanchéité 20, une chambre d'évacuation 5 du flux d'air F" dans laquelle débouche l'orifice 22. Ce mode de réalisation assure que l'air ainsi évacué F" ne rejoigne la cavité supérieure 3 que dans une zone où la pression d'air y est plus faible, c'est-à-dire en aval dans le sens de circulation du flux d'air F. De cette manière, la perturbation locale du flux d'air F dans la première cavité 3, au niveau de l'orifice 22, est limitée. [0038] En référence aux figures 1 à 4, le deuxième organe d'étanchéité comprend un raidisseur 23 s'étendant en saillie de la surface radialement interne 200 du deuxième organe d'étanchéité 20. Le raidisseur 23 sert d'une part à rigidifier le deuxième organe d'étanchéité 20, et d'autre part à coopérer avec la léchette 12, dans la première ou la deuxième configuration, afin de réduire partiellement ou totalement l'espace séparant la surface radialement externe 100 du premier organe d'étanchéité 10 de la surface radialement interne 200 du deuxième organe d'étanchéité 20. Comme visible sur les figures 1 à 4, le raidisseur 23 présente une surface radialement interne 230. [0039] Dans un mode de réalisation avantageux, la surface radialement interne 230 du raidisseur 23 est inclinée par rapport à la surface radialement interne 200 du deuxième organe d'étanchéité 20. En outre, la surface radialement interne 230 du raidisseur 23 est configurée pour guider la léchette 12 lors du montage de l'ensemble. Plus précisément, lors du montage du premier rotor 1 avec la pièce annulaire 2, les deux organes d'étanchéité 10, 20 sont généralement mis en regard par translation relative T 8 l'un par rapport à l'autre. Comme visible sur la figure 4, cette translation T est facilitée par la surface radialement interne 230 du raidisseur 23, notamment lors d'un montage en force. Pour cela, l'inclinaison est avantageusement orientée dans le sens du montage, comme visible sur la figure 4. Par ailleurs, le montage est mis en oeuvre lorsque les léchettes 12 se trouvent dans la seconde configuration, lorsque l'extrémité radialemcnt externe 120 de la léchette 12 est proche de la surface radialemcnt externe 100 du premier organe d'étanchéité 10, ce qui facilite davantage la translation T. [0040] En référence aux figures 1 à 4, dans un mode de réalisation, le premier organe d'étanchéité 10 comprend une pluralité de léchettes 12 disposées successivement le long de la surface radialemcnt externe 100 du premier organe d'étanchéité 10. La présence d'une pluralité de léchettes 12 renforce l'étanchéité à l'interface entre les deux organes d'étanchéité 10, 20 en multipliant les occasions pour qu'une portion de flux d'air F' circulant à l'interface entre les organes 10, 20 ne puisse atteindre la deuxième cavité 4. [0041] Avantageusement, dans cc mode de réalisation, le deuxième organe d'étanchéité 20 comprend une pluralité d'orifices 22 traversants, qui correspondent à la pluralité de léchettes 12. Ainsi, non seulement toute portion de flux d'air F' circulant à l'interface entre les organes 10, 20 ne peut atteindre la deuxième cavité 4, mais il est en outre évacué directement F" vers la première cavité 3. Ainsi, le risque de fuites est davantage réduit. 9 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3]