Brevet FR3105802A1 — publié le 20210702

L'invention concerne un rotor de joint qui peut inclure une pluralité d'entrées de fluide sur l'extérieur. Les entrées de fluide peuvent aspirer un fluide dans le corps du joint lequel peut aider à éliminer la chaleur de l'interface d'étanchéité primaire, ce qui réduit la déformation thermique de l'interface d'étanchéité avec son homologue non rotatif. La configuration du rotor de joint permet à un fluide de s'écouler à travers le rotor de joint et de maintenir le rotor de joint plus près d'un état isotherme qu'un rotor de joint de technique antérieure. Le corps du joint peut en outre inclure une série d'ailettes sur l'intérieur du corps. Les ailettes définissent des canaux à travers lesquels un fluide entrant par l'intermédiaire des entrées de fluide peut s'écouler. Ces caractéristiques fonctionnent en tant que système pour disperser et dissiper la chaleur du système. Figure pour l’abrégé : figure 1 Rotor de joint dynamique CONTEXTE Des joints dynamiques mécaniques sont utilisés dans de nombreuses industries et peuvent être constitués de deux composants. Par exemple, un premier composant est connu sous le nom de bague d'accouplement et dénommé rotor alors qu'un deuxième composant est connu sous le nom de joint et dénommé stator. Le contact entre les deux composants génère de la chaleur, qui à son tour amène une déformation thermique de l'interface d'étanchéité du rotor et du stator. Cette déformation thermique est une source de variation de performance. Cette variation peut être limitée en éliminant la chaleur de l'interface de joint d'une manière rapide et efficace. RÉSUMÉ Un rotor de joint pour former un joint entre un élément rotatif et un élément fixe d'une machine est divulgué. Le rotor de joint peut inclure un corps principal définissant une paroi circonférentielle interne à proximité de l'élément rotatif, et incluant une paroi circonférentielle externe espacée par un espace interstitiel, et peut inclure en outre une pluralité d'ailettes et/ou d'aubes au moins partiellement situées au sein de l'espace interstitiel et s'étendant entre les parois circonférentielles interne et externe. Dans certains exemples, le rotor de joint est formé en tant que pièce monobloc unique. Dans certains exemples, le rotor de joint est un composant fabriqué de manière additive. Dans certains exemples, chacune parmi la pluralité d'ailettes est incurvée dans au moins une direction. Dans certains exemples, chacune parmi la pluralité d'ailettes est incurvée dans au moins deux directions. Dans certains exemples, chacune parmi la pluralité d'ailettes est orientée selon un angle oblique par rapport à l'un et/ou l'autre parmi un axe longitudinal du rotor de joint dynamique et un axe transversal du rotor de joint dynamique. Dans certains exemples, une pluralité d'ouvertures sont fournies et s'étendent à travers la paroi circonférentielle externe dans l'espace interstitiel. Dans certains exemples, la pluralité d'ouvertures sont de forme triangulaire. Dans certains exemples, le joint est formé de plus d'un matériau. Dans certains exemples, un matériau dissemblable est utilisé pour la face de joint primaire, intégré dans l'interface de joint primaire, les ailettes, ou une certaine combinaison de celles-ci. Différents aspects supplémentaires seront indiqués dans la description qui suit. Les aspects peuvent concerner des caractéristiques individuelles et des combinaisons de caractéristiques. Il est entendu que la description générale qui précède et la description détaillée suivante sont fournies à titre d'exemple et d'explication uniquement et ne sont pas limitatives des grands concepts inventifs sur lesquels les exemples décrits ici sont basés. Les dessins annexés, qui sont incorporés dans la description et en sont partie intégrante, illustrent plusieurs aspects de la présente invention. Une brève description des dessins est la suivante : - La Figure 1 est une vue en perspective d'un premier côté du rotor de joint hydrodynamique de la présente divulgation. - La Figure 2 est une vue en perspective d'un deuxième côté du rotor de joint hydrodynamique de la Figure 1. - La Figure 3 est une première vue latérale du rotor de joint hydrodynamique de la Figure 1. - La Figure 4 est une deuxième vue latérale du rotor de joint hydrodynamique de la Figure 1. - La Figure 5 est une troisième vue latérale du rotor de joint hydrodynamique de la Figure 1. - La Figure 6 est une quatrième vue latérale du rotor de joint hydrodynamique de la Figure 1. - La Figure 7 est une vue en coupe transversale du rotor de joint hydrodynamique de la Figure 1, visualisée à partir de la première vue latérale du rotor. - La Figure 8 est une vue en coupe transversale du rotor de joint hydrodynamique de la Figure 1, visualisée à partir de la quatrième vue latérale du rotor, dans laquelle un arbre est montré passant à travers le rotor. - La Figure 8A est la vue en coupe transversale de la Figure 8, le joint hydrodynamique est montré comme incluant un deuxième matériau intégré avec la partie de corps principale. - La Figure 9 est une vue en perspective du rotor de joint hydrodynamique de la Figure 1, avec les parties d'ailettes internes du rotor retirées pour montrer d'autres détails de la partie de corps principale du rotor. - La Figure 10 est une première vue en perspective d'une partie d'ailette unique du rotor de joint hydrodynamique de la Figure 1. - La Figure 11 est une première vue latérale de la partie d'ailette montrée sur la Figure 10. - La Figure 12 est une deuxième vue latérale de la partie d'ailette montrée sur la Figure 10. - La Figure 13 est une troisième vue latérale de la partie d'ailette montrée sur la Figure 10. - La Figure 14 est une quatrième vue latérale de la partie d'ailette montrée sur la Figure 10. - La Figure 15 est une cinquième vue latérale de la partie d'ailette montrée sur la Figure 10. - La Figure 16 est une sixième vue latérale de la partie d'ailette montrée sur la Figure 10. - La Figure 17 est une vue isométrique d'un rotor de joint de technique antérieure. DESCRIPTION DÉTAILLÉE Divers exemples seront décrits en détails en se référant aux dessins, des numéros de référence similaires représentant des pièces et ensembles similaires au sein des différentes vues. La référence à différents exemples ne limite pas la portée des revendications annexées. De plus, tous les exemples exposés dans cette description ne sont pas destinés à être limitatifs et exposent simplement certains des nombreux exemples possibles pour les revendications annexées. En se référant aux dessins sur lesquels des numéros de référence correspondent à des composants identiques ou similaires sur l'ensemble des multiples figures. Les joints dynamiques classiques ont typiquement au moins une interface primaire, typiquement entre un élément fixe, tel qu'un stator, et un élément rotatif, tel qu'un rotor. Du fait de la friction, de la chaleur est typiquement générée au niveau de cette interface ce qui a tendance à amener des gradients de température à travers des composants du joint dynamique. En conséquence, des joints dynamiques peuvent souffrir d'une déformation thermique au niveau de l'interface de joint primaire, par exemple au niveau de l'interface entre le joint dynamique et le rotor. La déformation thermique peut provoquer une déformation au matériel qui peut influencer défavorablement la performance de joint dynamique. En référence à la Figure 17, un rotor de joint de technique antérieure 10 est montré dans lequel la condition de déformation thermique décrite précédemment peut se produire. Comme montré, le rotor de joint de technique antérieure a un corps 12 avec une paroi circonférentielle interne 12a, définissant une surface interne radiale 12b, une paroi circonférentielle externe 12c, et une structure de paroi d'extrémité ou de face 12d joignant les parois circonférentielles interne et externe 12a, 12c. Avec une telle conception un gradient thermique significatif peut se former entre la paroi circonférentielle interne 12a et la paroi circonférentielle externe 12b, ce qui entraîne potentiellement une sous-performance du fait de la déformation d'interface d'étanchéité causée par une déformation thermique. Un rotor de joint du type montré sur la Figure 17 est décrit en détail dans le brevet américain US 9 945 235. En référence aux Figures 1 à 8, un rotor de joint 100 pour assurer une étanchéité contre un élément fixe est décrit lequel réduit la déformation thermique au niveau de l'interface d'étanchéité et permet aux composants des joints hydrodynamiques de fonctionner plus près d'une condition isotherme. La Figure 8 présente une vue en coupe transversale du rotor de joint 100 avec un élément 5 montré schématiquement comme passant à travers l'ouverture centrale du rotor de joint 100. Comme montré, le rotor de joint 100 a un corps principal 112 avec une paroi circonférentielle interne 112a, définissant une surface interne radiale 112b, une paroi circonférentielle externe 112c, et une paroi d'extrémité ou de face 112d joignant les parois circonférentielles interne et externe 112a, 112c. Selon un aspect, les parois circonférentielles interne et externe 112a, 112c sont séparées d'une distance D2 pour définir un espace ou écart interstitiel 112e, comme visualisé idéalement sur la Figure 9 où le corps principal 112 est montré en isolement pour la clarté. Les parois circonférentielles interne et externe 112a, 112c sont également montrées comme ayant une hauteur ou profondeur D3 alors que la paroi d'extrémité 112d est montrée comme ayant une hauteur D4. En référence aux Figures 8 et 9, le corps principal 112 peut être caractérisé comme définissant un canal ouvert, dans lequel l'écart 112e a une forme généralement rectangulaire. Dans l'exemple montré, les côtés intérieurs des parois circonférentielles interne et externe 112a et 112c sont parallèles les uns aux autres. Dans l'exemple montré, l'écart 112e a un coin incurvé ou arrondi au niveau de la jonction intérieure des parois circonférentielles interne et externe 112a, 112d. D'autres géométries de l'écart 112e sont possibles. Selon un aspect, l'extérieur radial de la paroi circonférentielle interne 112a du corps principal 112 définit une surface externe 112f alors que l'intérieur radial de la paroi circonférentielle externe 112c définit une surface interne 112g. Selon un aspect, l'écart 112e s'étend entre les surfaces 112f, 112g. Contrairement à l'exemple montré sur les Figures 1 et 2, le rotor de joint 100 comporte en outre des géométries d'ailettes internes et des passages d'écoulement pour augmenter le transfert de chaleur à l'écart de la paroi circonférentielle interne radiale 112c. Comme on peut le voir idéalement sur la Figure 4, le rotor de joint 100 comporte une pluralité d'ailettes internes 114 disposées dans l'espace ou écart interstitiel 112e et s'étendant de la paroi circonférentielle interne radiale 112c à la paroi circonférentielle externe radiale 112d. Plus spécifiquement, les ailettes 114 s'étendent entre les surfaces 112f et 112g. Les ailettes internes 114 conduisent à la fois la chaleur et favorisent un écoulement de fluide à travers le rotor de joint 100. Ceci permet au fluide de conduire la chaleur à travers la pièce et dans le fluide. Dans l'exemple montré, environ 78 ailettes internes 114 sont fournies. Des ailettes 114 en plus grand ou plus petit nombre peuvent être fournies, en fonction de l'application. Dans l'exemple montré, chaque ailette interne 114 a des première et deuxième surfaces opposées 114a, 114b s'étendant entre un bord d'attaque 114c et un bord de fuite 114d et s'étendant également entre une première extrémité axiale 114e et une deuxième extrémité axiale 114f. Les extrémités 114f, 114e et le bord 114c sont représentés schématiquement sur la Figure 4. Tel que configuré, le bord d'attaque d'ailette interne 114c s'étend jusqu'à la surface interne 112f et le bord de fuite d'ailette interne 114d s'étend jusqu'à la paroi circonférentielle radialement à l'extérieur 112c. Telle que configurée, la première extrémité axiale d'ailette interne 114e s'étend jusqu'à la paroi d'extrémité 112d alors que la deuxième extrémité axiale d'ailette interne 114f est exposée au sein de l'espace ou écart interstitiel 112e. Dans l'exemple montré, les ailettes internes 114 sont positionnées selon un angle oblique par rapport aux parois circonférentielles interne et externe radiales 112c, 112d, par rapport à un axe axial ou longitudinal X, et par rapport à un axe transversal Y du corps principal 112. Une telle configuration permet que la longueur des ailettes internes 114 soit plus longue par comparaison avec une ailette s'étendant orthogonalement entre les parois 112c, 112d. Ainsi, la configuration divulguée fait en sorte que l'aire des parois circonférentielles interne et externe 112a, 112c est augmentée, ce qui augmente la capacité de chaque ailette interne 114 à diriger un écoulement d'air au sein de l'espace ou écart interstitiel 112e et à dissiper la chaleur à l'écart de la paroi circonférentielle interne radiale 112a. Les surfaces 114a, 114b peuvent également être incurvées entre les bords d'attaque et de fuite 114c, 114d et/ou entre les première et deuxième extrémités axiales 114e, 114f pour améliorer les caractéristiques d'écoulement d'air et/ou de dissipation thermique. Dans certains exemples, les ailettes internes 114 sont parallèles à l'axe longitudinal X et/ou orthogonales à l'axe transversal. Selon un aspect, le rotor de joint 100 inclut en outre une pluralité d'entrées de fluide 116 s'étendant à travers la paroi circonférentielle externe radiale 112d. Les entrées 116 permettent à un écoulement de fluide, par exemple un écoulement de gaz, d'entrer dans le rotor de joint 100 entre les ailettes 114 de telle sorte qu'une efficacité de transfert thermique par convection est augmentée. Dans l'exemple montré, les entrées de fluide 116 sont pourvues d'une forme triangulaire avec un point central 116a orienté dans la même direction que s'étendent les ailettes 114 à partir du bord 114c en direction du bord 114d. Dans certains exemples, la forme triangulaire inclut des points latéraux 116b. Dans certains exemples, les points latéraux 116b peuvent s'étendre au-delà des bords 114c, 114 des ailettes 114 en direction de la paroi circonférentielle externe 112d. Bien que les entrées de fluide 116 soient montrées comme ayant une forme triangulaire, d'autres formes d'ouverture sont possibles sans s'écarter des concepts présentés ici. Les entrées de fluide 116 permettent à un fluide de passer à travers la paroi circonférentielle externe radiale 112d et dans l'écart 112e moyennant quoi le fluide peut ensuite être introduit vers les ailettes 114. À mesure qu'un fluide entre dans les espaces interstitiels 115 entre les ailettes 114, un transfert thermique par convection se produit pour éliminer la chaleur des ailettes 114. Dans l'exemple présenté, il convient de noter que certaines des ailettes 114 sont pourvues de parties découpées ou encoches 114g à proximité des entrées 116 de telle sorte que de l'air passant à travers une entrée individuelle 116 peut s'écouler dans de multiples espaces interstitiels 115 entre de multiples ailettes 114, comme illustré le plus clairement sur la Figure 8. Après passage à travers les ailettes 114, le fluide relativement chauffé peut ensuite sortir à travers l'extrémité ouverte de l'écart 112e du rotor de joint 100 à proximité des deuxièmes extrémités axiales 114f des ailettes 114. Dans certains exemples, l'écoulement de fluide peut être l'inverse de celui décrit précédemment, avec un fluide s'écoulant dans l'espace interstitiel entre les ailettes 114 au niveau des deuxièmes extrémités axiales d'ailette 114f puis en dehors des entrées 116, qui seraient alors caractérisées en tant que sorties 116 ou plus génériquement en tant qu'orifices ou ouvertures 116. Comme les ailettes 114 sont en contact direct avec la paroi circonférentielle interne 112a du corps principal 112, les ailettes 114 jouent le rôle de dissipateur thermique pour la paroi circonférentielle interne 112a, réduisant ainsi la déformation thermique à travers le rotor de joint 100. Comme les ailettes 114 sont également en contact direct avec la paroi circonférentielle externe 112c et la paroi d'extrémité 112d, tous les composants du rotor de joint 100 sont en communication thermique les uns avec les autres. À ce titre, avec la configuration divulguée, les composants du rotor de joint 100 peuvent fonctionner plus près d'une condition isotherme pendant le fonctionnement. Comme on peut le comprendre dans la divulgation, le rotor de joint 100 a une forme complexe avec de nombreuses caractéristiques internes et externes détaillées. Par exemple, les ailettes 114 sont situées en très étroite proximité les unes par rapport aux autres et ont des extrémités qui chevauchent les entrées 116. Du fait de caractéristiques de ce type, le rotor de joint 100 peut être avantageusement formé par l'intermédiaire d'un processus de fabrication additive, dans lequel un matériau est déposé en couches pour former les formes internes et externes complexes du rotor de joint 100. Dans l'exemple montré, le rotor de joint 100 est fabriqué de manière additive et formé en tant que pièce monobloc unique. Dans certains exemples, le rotor de joint 100 est formé de telle sorte que le corps principal 112 et les ailettes 114 sont formés en tant qu'unique composant formé d'un seul tenant. Dans certains exemples, le rotor de joint 100 est formé à partir d'un matériau unique. Un matériau donné à titre d'exemple est un matériau métallique, tel que de l'acier, du cuivre, de l'aluminium, et des alliages apparentés. Un autre matériau donné à titre d'exemple est un matériau carboné. Dans certains exemples, le rotor de joint 100 est formé à partir de multiples matériaux. Par exemple, un premier matériau pourrait être utilisé pour définir la totalité ou une partie du rotor de joint 100 alors qu'un deuxième matériau est utilisé pour former le reste du rotor de joint 100. Dans certains exemples, un deuxième matériau est intégré dans un premier matériau. Dans certains exemples, le deuxième matériau 112i a une conductivité thermique plus élevée par comparaison avec celle du premier matériau 112h. Un tel exemple est montré sur la Figure 8A, dans laquelle le rotor de joint 100 est formé à partir d'un premier matériau 112h avec un deuxième matériau 112i étant entièrement intégré dans le deuxième matériau. Dans l'exemple montré sur la Figure 8A, le deuxième matériau 112h est formé en tant que disque annulaire. Cependant, d'autres formes et distributions, contiguës et non contiguës, sont possibles. Dans l'exemple montré, le premier matériau 112h est formé à partir d'acier alors que le deuxième matériau est un matériau métallique différent, tel qu'un alliage de cuivre ou d'aluminium. Selon un aspect, un matériau plus dur, tel que de l'acier, est idéal pour définir la face interne radiale 112b qui assure l'interface avec l'arbre 5. Cependant, la performance thermique du rotor de joint 100 serait améliorée en utilisant un matériau avec une conductivité thermique plus élevée. À ce titre, en intégrant un deuxième matériau 112i au sein du premier matériau 112h une structure composite résulte avec une conductivité thermique nette plus élevée pour une performance thermique améliorée sans porter atteinte à la durabilité fournie par le premier matériau 112h. Dans certains exemples, les ailettes 114 peuvent également être formées à partir d'un matériau différent, tel qu'un troisième matériau 112j. Dans certains exemples, le troisième matériau 112j est le même matériau que le deuxième matériau 112i alors que le reste du rotor de joint 110 est formé à partir du premier matériau 112h. Dans certains exemples, les premier, deuxième et troisième matériaux 112h, 112i, 112j sont tous différents les uns des autres de telle sorte que le rotor de joint 110 est formé à partir de trois matériaux différents. À partir de la description détaillée suivante, on notera que des modifications et des variantes peuvent être apportées aux aspects de l'invention sans sortir de l'esprit ou de la portée des aspects. Bien que les meilleurs modes de réalisation des nombreux aspects de la présente invention aient été décrits en détail, l'homme de l'art auquel ces enseignements se rapportent reconnaîtra diverses variantes d'aspects pour la mise en pratique des présents enseignements qui restent dans le cadre des revendications annexées. Rotor de joint (100) pour assurer une étanchéité contre un élément non rotatif, le rotor de joint (100) comprenant : a) un corps principal (112) définissant une paroi circonférentielle interne (112a) et une paroi circonférentielle externe (112c) espacée par un espace interstitiel (112e) ; et b) une pluralité d'ailettes (114) situées au moins partiellement au sein de l'espace interstitiel (112e) et s'étendant entre les parois circonférentielles interne et externe (112a, 112c). Rotor de joint (100) selon la revendication 1, dans lequel le rotor de joint (100) est formé en tant que pièce monobloc unique. Rotor de joint (100) selon la revendication 2, dans lequel le rotor de joint (100) est un composant fabriqué de manière additive. Rotor de joint (100) selon la revendication 1, dans lequel chacune parmi la pluralité d'ailettes (114) est incurvée dans au moins une direction. Rotor de joint (100) selon la revendication 4, dans lequel chacune parmi la pluralité d'ailettes (114) est incurvée dans au moins deux directions. Rotor de joint (100) selon la revendication 1, dans lequel chacune parmi la pluralité d'ailettes (114) est orientée selon un angle oblique par rapport à l'un et/ou l'autre parmi un axe longitudinal du rotor de joint (100) et un axe transversal du rotor de joint (100). Rotor de joint (100) selon la revendication 1, comprenant en outre : a) une pluralité d'ouvertures (116) s'étendant à travers la paroi circonférentielle externe (112c) dans l'espace interstitiel (112e). Rotor de joint (100) selon la revendication 7, dans lequel la pluralité d'ouvertures (116) sont de forme triangulaire. Rotor de joint (100) selon la revendication 2, dans lequel le rotor de joint (100) est formé à partir d'un matériau unique. Rotor de joint (100) selon la revendication 1, dans lequel le rotor de joint (100) est formé à partir de plus d'un matériau. Machine comprenant : a) un élément rotatif ; b) un élément fixe ; et c) un rotor de joint (100) fournissant un joint entre les éléments rotatif et fixe, le rotor de joint (100) incluant : i) un corps principal (112) définissant une paroi circonférentielle interne (112a) à proximité de l'élément rotatif, et incluant une paroi circonférentielle externe (112c) espacée par un espace interstitiel (112e) ; et ii) une pluralité d'ailettes (114) situées au moins partiellement au sein de l'espace interstitiel (112e) et s'étendant entre les parois circonférentielles interne et externe (112a, 112c). Machine selon la revendication 11, dans laquelle le rotor de joint (100) est formé en tant que partie monobloc unique. Machine selon la revendication 11, dans laquelle le rotor de joint (100) est un composant fabriqué de manière additive. Machine selon la revendication 11, dans laquelle chacune parmi la pluralité d'ailettes (114) est incurvée dans au moins une direction. Machine selon la revendication 11, dans laquelle chacune parmi la pluralité d'ailettes (114) est incurvée dans au moins deux directions. Machine selon la revendication 11, dans laquelle chacune parmi la pluralité d'ailettes (114) est orientée selon un angle oblique par rapport à l'un et/ou l'autre parmi un axe longitudinal du rotor de joint (100) et un axe transversal du rotor de joint. Machine selon la revendication 11, comprenant en outre : a) une pluralité d'ouvertures (116) s'étendant à travers la paroi circonférentielle externe (112c) dans l'espace interstitiel (112e). Machine selon la revendication 11, dans laquelle la pluralité d'ouvertures (116) sont de forme triangulaire. Machine selon la revendication 11, dans lequel le rotor de joint (100) est formé à partir d'un matériau unique. Machine selon la revendication 11, dans lequel le rotor (100) de joint est formé à partir de plus d'un matériau.