Brevet FR3103523A1 — publié le 20210528

L’invention concerne un ensemble (36) pour turbomachine d’axe longitudinal (14) comprenant un arbre (12) entouré extérieurement par une pièce annulaire statorique (38) et une vrille annulaire (40) montée avec un premier jeu annulaire (J1) autour de l’arbre (12), caractérisé en ce que la vrille annuaire (40) est guidée en translation radiale relativement à la pièce statorique (38) et est entourée extérieurement par des moyens (54) annulaires de rappel de la vrille annulaire (40) dans une position centrée sur l’axe longitudinal (14), la vrille annulaire (40) étant solidaire d’au moins une surface annulaire agencée autour de l’arbre avec un second jeu annulaire (J2) inférieur au premier jeu annulaire (J1), cette surface annulaire (52a) formant un palier lisse. Figure à publier avec l’abrégé : figure 3 Dispositif d’équilibrage Domaine technique de l’invention Le présent document concerne un ensemble destiné à assurer une étanchéité entre un arbre et une pièce annulaire entourant l’arbre. Etat de la technique antérieure Classiquement, une turbomachine comprend d’amont en aval une roue de soufflante, un compresseur basse pression, un compresseur haute pression, une chambre de combustion, une turbine haute pression et une turbine basse pression. L’air entrant dans la turbomachine se sépare en un écoulement d’air annulaire primaire et un écoulement d’air secondaire. L’écoulement d’air primaire traverse les compresseurs jusqu’à la chambre de combustion où l’air est mélangé à du carburant, les gaz chauds ainsi formés s’évacuant au travers des turbines dont les rotors sont reliés aux rotors des compresseurs et à la roue de soufflante pour les entrainer en rotation. L’écoulement d’air secondaire s’écoule autour des compresseurs et turbines et fournit dans un moteur civil l’essentiel de la poussée. Les figures 1 et 2 illustrent un dispositif 10 d’étanchéité d’une enceinte 11 agencée radialement à l’intérieur du compresseur basse pression. Ces figures illustrent un arbre 12 de la roue de soufflante d’axe longitudinal 14 qui comprend une portée cylindrique 16 entourée extérieurement par un joint radial segmenté 18 comprenant un carter 20 comportant un paroi cylindrique 22 reliée à une paroi annulaire radiale 24 aval laquelle est reliée à son extrémité radialement interne à une vrille annulaire 26. Le joint radial segmenté 18 comprend également des segments 28 d’étanchéité sont agencés radialement à l’intérieur de la paroi cylindrique 22 du carter 20 et sont maintenus circonférentiellement les uns au bout à bout par un premier ressort annulaire 32 les entourant. Par ailleurs, des seconds ressorts (non représentés) assurent une compression de chaque segment 28 sur la paroi annulaire radiale 24 du carter 20, ces ressorts étant intercalés axialement entre un jonc d’arrêt 34 axial et les segments 28. On observe que l’extrémité radialement interne de la paroi annulaire radiale 24 ainsi que la vrille annulaire 26 sont agencées avec un jeu annulaire en vis-à-vis de la portée cylindrique 16 de l’arbre 12. Par ailleurs, les segments 28 sont en contact avec la portée cylindrique 16 et assurent une étanchéité à l’huile présente dans l’enceinte 11. En fonctionnement, la vrille 26 statique permet de créer, du fait de sa faible proximité avec l’arbre 12 tournant, un flux d’air hélicoïdal orienté vers l’aval. Ce flux d’air permet de faire refluer le mélange air/huile de l’enceinte 11 vers celle-ci, ce qui améliore l’étanchéité. Par ailleurs, l’arbre 12 de soufflante pouvant orbiter autour de l’axe longitudinal 14, les différents segments 28 du joint radial segmenté 18 permettent de rattraper les mouvements radiaux de l’arbre 12 et d’assurer une étanchéité permanente, le jeu annulaire précité évitant un contact entre la portée cylindrique 16 de l’arbre 12 et l’extrémité radialement interne de la paroi annulaire radiale 24 ainsi qu’avec la vrille annulaire 26 qui serait fortement dommageable à ces pièces. Cependant, dans certains cas de fort balourds, suite par exemple à l’ingestion d’un volatile, les mouvements radiaux de l’arbre 12 peuvent être augmentés conduisant à un contact entre l’arbre 12 et la paroi radiale 24, induisant un échauffement de la paroi annulaire radiale 24 qui fond et conduit à la formation d’une bavure fluide qui s’écoule entre les segments 28 et la portée cylindrique 16. Les segments 28 n’étant plus en contact avec la portée cylindrique 16, l’étanchéité ne peut plus être assurée et il est nécessaire d’opérer un remplacement de l’intégralité du joint radial segmenté 18. La formation d’une bavure est due au fait que le carter 20 et l’arbre 12 sont réalisés en acier. Pour éviter cette difficulté, il serait possible d’augmenter le jeu radial entre la paroi annulaire radiale 24 et la portée cylindrique 16 mais cela nuirait fortement à l’efficacité de la vrille annulaire 26 puisque le flux d’air hélicoïdal serait moins efficace voire quasi inexistant. Egalement, il serait également possible d’ajouter une surface glissante à l’extrémité de la paroi annulaire radiale pour éviter la formation d’un reflux. Toutefois, un contact potentiellement à forte énergie de l’arbre 12 sur la vrille 26 persisterait du fait du montage statique de la vrille annulaire 26. Bien évidemment, les difficultés exposées en relation avec l’arbre 12 de soufflante peuvent se poser à d’autres endroits de la turbomachine de sorte que la solution exposée ci-après ne sera pas limitée à cet environnement. Le présent document propose ainsi un ensemble pour turbomachine d’axe longitudinal comprenant un arbre entouré extérieurement par une pièce annulaire statorique et une vrille annulaire montée avec un premier jeu annulaire J1 autour de l’arbre, caractérisé en ce que la vrille annuaire est guidée en translation radiale relativement à la pièce statorique et est entourée extérieurement par des moyens annulaires de rappel de la vrille dans une position centrée sur l’axe longitudinal, la vrille étant solidaire d’au moins une surface annulaire agencée autour de l’arbre avec un second jeu annulaire J2 inférieur au premier jeu annulaire J1, cette surface annulaire étant réalisée dans un matériau apte à glisser sans déformation sur la surface extérieure de l’arbre. La surface annulaire assure un guidage de l’arbre en rotation par glissement sur sa surface radialement interne. La surface annulaire peut être réalisée dans tout type de matériau apte à glisser sans déformation sur la surface extérieure de l’arbre. Au contraire de la technique antérieure, la vrille annulaire est montée mobile en translation radiale relativement à la pièce annulaire statorique. Cette pièce annulaire statorique peut être un carter d’un joint radial segmenté mais peut aussi être tout autre pièce. Ainsi, la vrille annulaire peut suivre les oscillations de l’arbre sans se détériorer et sans générer de bavures sur la pièce annulaire. En effet, en cas de balourd, l’arbre se désaxe par rapport à l’axe longitudinal et se rapproche de la surface annulaire. Du fait que le second jeu annulaire est inférieur au premier jeu annulaire, l’arbre vient en premier en contact avec ladite surface annulaire de sorte que l’intégrité mécanique de la vrille annulaire est préservée. L’effort radial appliqué par l’arbre sur la surface annulaire est transmis à la vrille annulaire qui se déplace radialement vers l’extérieur et contraint les moyens élastiques. Après disparition du balourd, les moyens élastiques permettent un retour de la vrille annulaire en position nominale centrée sur l’axe longitudinal. Par vrille annulaire, on entend une pièce annulaire conformée relativement à l’arbre de manière à permettre la formation d’un flux d’air hélicoïdal entre l’arbre et ladite vrille annulaire. La surface annulaire peut être formée sur un bloc annulaire fixé à la vrille. L’anneau peut être intégralement réalisé dans un matériau apte à glisser sans déformation sur la surface extérieure de l’arbre. Dans une configuration plus spécifique, le bloc annulaire présente une section rectangulaire et est porté par la vrille annulaire. La vrille annulaire peut comprendre une paroi annulaire radiale engagée à coulissement radial entre la pièce annulaire statorique et un organe serré sur ladite pièce annulaire statorique. L’organe serré peut être un écrou vissé sur ladite pièce annulaire statorique. L’ensemble peut aussi comprendre des moyens d’anti-rotation de la vrille annulaire relativement à la pièce annulaire statorique. Les moyens d’anti-rotation peuvent comprendre un pion longitudinal solidaire de la pièce annulaire statorique et engagé dans une fente radiale de la vrille annulaire. La pièce annulaire statorique peut comprendre une paroi annulaire radiale agencée de manière à ce que la surface annulaire radiale soit intercalée axialement entre ladite paroi annulaire radiale et une partie active de la vrille. La partie active de la vrille annulaire fait référence à la partie de la vrille annulaire assurant la formation d’un écoulement d’air hélicoïdal en coopération avec l’arbre en vis-à-vis radial. La pièce annulaire statorique peut être un carter d’un joint radial segmenté dont les segments sont agencés axialement à l’opposé de ladite paroi annulaire par rapport à la paroi annulaire radiale de la pièce annulaire statorique. Les moyens annulaires de rappel peuvent comprendre un anneau élastiquement déformable. L’anneau élastiquement déformable peut comprendre une paroi cylindrique radialement externe appliquée radialement vers l’extérieur sur une face annulaire d’appui statique et reliée à une pluralité de lamelles élastiquement déformables indépendamment les unes des autres et en appui sur la vrille annulaire. La présente divulgation concerne aussi une soufflante de turbomachine comprenant un ensemble comme évoqué précédemment. Le présent document concerne encore une turbomachine, comprenant une soufflante et/ou un ensemble tel que décrit ci-dessus. Brève description des figures , déjà décrite précédemment, illustre un dispositif d’étanchéité pour une enceinte amont d’une turbomachine ; , déjà décrite précédemment, est une vue à plus grande échelle de la zone délimitée en pointillée sur la figure 1 ; est une vue schématique en coupe d’une réalisation de l’invention selon un premier plan de coupe comprenant l’axe longitudinal ; est une vue schématique en coupe de la réalisation de la figure 3 selon un second plan de coupe décalé angulairement par rapport au premier plan de coupe de la figure 3 et passant par un pion d’anti-rotation de la vrille annulaire ; , et sont des vues en perspective de l’ensemble selon l’invention Description détaillée de l’invention Selon une réalisation de l’invention illustrée aux figures 3 et suivantes, l’ensemble 36 d’axe longitudinal 14 comprend une pièce annulaire statorique 38 qui est destinée à être rendue solidaire d’un stator de la turbomachine. Cette pièce annulaire statorique 38 est ici un carter d’un joint radial segmenté de sorte que c’est l’appellation carter qui sera retenue dans la suite de la description. Cependant, on comprend que la présente divulgation ne se limite pas à cette seule configuration incorporant un joint radial segmenté. L’invention peut ainsi être utilisée dans un environnement dans lequel une vrille annuaire 40 est nécessaire mais sans avoir besoin d’un joint radial segmenté. Le carter 38 comprend une paroi cylindrique 38a reliée à son extrémité aval à une paroi annulaire radiale 38b s’étendant radialement vers l’intérieur depuis cette extrémité aval. Un rebord annulaire cylindrique 38c s’étend vers l’aval depuis l’extrémité aval de la paroi cylindrique 38a. Par ailleurs, une nervure cylindrique 38d est formée en saillie longitudinale vers l’aval sur la paroi annulaire radiale 38b du carter 38 (figures 3 et 4). Des segments 28 sont montés circonférentiellement bout à bout autour d’un arbre (visible en figure 4) et sont maintenus circonférentiellement à aboutement par un premier ressort annulaire 32 et sont maintenus axialement en appui sur la paroi annulaire radiale 38b. Par ailleurs, des seconds ressorts 33 assurent une compression de chaque segment 28 sur la paroi annulaire radiale 38b du carter 38 par des seconds ressorts 33 intercalés axialement entre un jonc 34 d’arrêt axial et les segments 28. Selon le présent document, la vrille annulaire 40 est dissociée structurellement du carter 38 du joint radial segmenté et est montée à coulissement radial relativement à celui-ci comme cela est bien illustré sur les figures 3 et 4. A cette fin, la vrille annulaire 40 comprend une paroi cylindrique 42 comportant une partie active 44 aval et une partie amont 46 séparée axialement l’une de l’autre par une paroi annulaire radiale externe 48 s’étendant radialement vers l’extérieur depuis la paroi cylindrique 42 de la vrille annulaire 40 et par une paroi annulaire radiale interne 49 s’étendant vers l’intérieur depuis la paroi cylindrique 42 de la vrille annulaire 40. Un organe 50 tel qu’un écrou est monté serré et ici par vissage sur le rebord annulaire cylindrique 38c du carter 38. Plus particulièrement, l’écrou 50 comprend une paroi cylindrique 50a vissée dans une surface annulaire interne du rebord cylindrique 38c et une paroi annulaire radiale 50b agencée à distance axial de l’extrémité avale ou extrémité libre aval de la nervure cylindrique 38d pour y définir un espace annulaire radial de guidage de la paroi annulaire radiale externe 46. La paroi annulaire radiale 50b de l’écrou 50 s’étend radialement vers l’intérieur depuis l’extrémité avale de la paroi cylindrique 50a de l’écrou 50. On observe qu’un bloc annulaire 52 est monté axialement entre la paroi annulaire radiale interne 49 et l’extrémité radialement interne de la paroi annulaire radiale 38b du carter 38. Ce bloc annulaire 52 est fixé sur la face radialement interne de la partie amont 46 de la paroi cylindrique 42 de la vrille annulaire 40. Le bloc annulaire 52 est réalisé dans un matériau apte à glisser sans déformation sur la surface extérieure de l’arbre 12. Ce bloc annulaire comprend une surface annulaire interne 52a agencée avec un jeu J2 relativement à l’arbre 12. Cette surface annulaire 52a forme une surface pour le glissement de l’arbre 12 en cas de contact de celui-ci sur cette surface annulaire. La surface annulaire est ici une surface cylindrique. Un organe 54 élastique qui est ici un anneau élastiquement déformable est monté dans l’espace annulaire délimité radialement vers l’extérieur par la paroi cylindrique 50a de l’écrou 50 et radialement vers l’intérieur par la nervure cylindrique 38d du carter 38 et par l’extrémité radialement externe de la paroi annulaire radiale externe 48 de la vrille annulaire 40. On observe que l’espace annulaire est délimité en amont par une surface radiale du carter 38 et en aval par un plan incliné en oblique de l’écrou 50, ce plan incliné étant formé sur la paroi annulaire radiale 50b de l’écrou 50. Cet organe 54 annulaire élastique comprend une paroi cylindrique 54a radialement externe appliquée sur la face annulaire radialement interne de la paroi cylindrique 50a de l’écrou 50, cette paroi cylindrique 54a de l’organe élastique 54 étant reliée à une pluralité de lamelles 54b élastiquement déformables indépendamment les unes des autres. Chaque lamelle 54b comprend un premier segment A amont incliné en oblique par rapport à l’axe longitudinal 14 et reliant un second segment B longitudinal à la paroi cylindrique 54a. Ce sont les seconds segments B qui sont appliqués sur la nervure 38d du carter 38 et sur l’extrémité radialement externe de la paroi annulaire radiale externe de la vrille annulaire 40. Les premiers segments A sont appliqués sur le plan incliné de l’écrou 50. L’organe élastique 54 est précontraint élastiquement radialement dans l’espace annulaire de manière à assurer un centrage de la vrille annulaire 40 autour de l’axe longitudinal 14. Par ailleurs, des moyens d’anti-rotation de la vrille annulaire 40 relativement à la pièce annulaire statorique 38 sont prévus et peuvent comprendre, comme représenté sur les figures 5 à 7, un pion longitudinal 56 solidaire de la paroi annulaire radiale 38d du carter 38 et engagée dans une fente 58 de la paroi annulaire radiale externe 48 de la vrille annulaire 40. On notera que le jeu annulaire J3 de guidage de la paroi annulaire radiale externe 48 entre la nervure cylindrique du carter 38 et l’écrou 50 est supérieur au jeu annulaire entre l’extrémité amont de la partie amont 46 de la paroi cylindrique 42 et la paroi annulaire radiale 38d du carter 38. De cette manière, le guidage est réalisé entre la nervure cylindrique 38d et l’écrou 50. Le bloc annulaire 52 peut être réalisé en bronze par exemple. Selon l’invention, le bloc annulaire 52 présente une surface annulaire, plus spécifiquement cylindrique assure un glissement de l’arbre 12 en rotation en cas de contact de l’arbre 12 avec celui-ci lorsqu’un balourd induit un orbitage important de l’arbre 12 au-delà du second jeu annulaire J2. L’organe annulaire élastique 50 permet de rappeler la vrille annulaire 40 après passage du balourd afin de réaliser de nouveau un centrage de la vrille annulaire 40 autour de l’arbre 12 et assurer une remise en position de celle-ci avec jeu J1 autour de l’arbre 12. Le jeu J1 est ainsi supérieur au jeu J2 puisqu’il faut que le contact soit réalisé sur la surface annulaire et non pas sur la vrille annulaire 40. Le jeu entre l’extrémité radialement interne de la paroi annulaire radiale du carter 38 et l’arbre 12 est également supérieur au jeu J1 pour la même raison que précitée. La vrille annulaire 40 et l’arbre 12 ainsi que le carter 38 peuvent être réalisés dans un même matériau métallique tel qu’un acier. Ensemble (36) pour turbomachine d’axe longitudinal (14) comprenant un arbre (12) entouré extérieurement par une pièce annulaire statorique (38) et une vrille annulaire (40) montée avec un premier jeu annulaire (J1) autour de l’arbre (12), caractérisé en ce que la vrille annuaire (40) est guidée en translation radiale relativement à la pièce statorique (38) et est entourée extérieurement par des moyens (54) annulaires de rappel de la vrille annulaire (40) dans une position centrée sur l’axe longitudinal (14), la vrille annulaire (40) étant solidaire d’au moins une surface annulaire agencée autour de l’arbre avec un second jeu annulaire (J2) inférieur au premier jeu annulaire (J1), cette surface annulaire (52a) étant réalisée dans un matériau apte à glisser sans déformation sur la surface extérieure de l’arbre (12). Ensemble selon la revendication 1, dans lequel la surface annulaire est formée sur un bloc annulaire (52) fixé à la vrille annulaire (40). Ensemble selon la revendication 2, dans lequel ledit bloc annulaire (52) est intégralement réalisé dans un matériau apte à glisser sans déformation sur la surface extérieure de l’arbre (12). Ensemble selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel la vrille annulaire (40) comprend une paroi annulaire radiale (48) engagée à coulissement radial entre la pièce annulaire statorique (38) et un organe (50) serré sur ladite pièce annulaire statorique (38). Ensemble selon la revendication 4, dans lequel l’organe (50) serré est un écrou vissé sur ladite pièce annulaire statorique (38). Ensemble selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel il comprend des moyens d’anti-rotation (56) de la vrille annulaire (40) relativement à la pièce annulaire statorique (38). Ensemble selon la revendication 6, dans lequel les moyens d’anti-rotation comprennent un pion (56) longitudinal solidaire de la pièce annulaire statorique (38) et engagé dans une fente radiale (58) de la vrille annulaire (40). Ensemble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la pièce annulaire (38) statorique comprend une paroi annulaire radiale (38b) agencée de manière à ce que la surface annulaire radiale soit intercalée axialement entre ladite paroi annulaire radiale (48) et une partie annulaire active (44) de la vrille annulaire (40). Ensemble selon la revendication 8, dans lequel la pièce annulaire statorique (38) est un carter d’un joint radial segmenté dont les segments (28) sont agencés axialement à l’opposé de ladite paroi annulaire par rapport à la paroi annulaire radiale (38b) de la pièce annulaire statorique (38). Ensemble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les moyens annulaires (54) de rappel comprennent un anneau élastiquement déformable. Ensemble selon la revendication 10, dans lequel l’anneau élastiquement déformable comprend une paroi cylindrique (54a) radialement externe appliquée radialement vers l’extérieur sur une face annulaire d’appui statique et reliée à une pluralité de lamelles (54b) élastiquement déformables indépendamment les unes des autres et en appui sur la vrille annulaire. Soufflante de turbomachine comprenant un ensemble selon l’une des revendications précédentes. Turbomachine, comprenant une soufflante selon la revendication 10 et/ou un ensemble selon l’une des revendications 1 à 11.