Brevet FR3121168A1 — publié le 20220930

La présente invention concerne un ensemble (5) d’un moteur (1) à turbine à gaz comprenant une garniture (13) emmanchée sur les brides radiales (8, 11) de viroles (6, 9) et comprenant : • une gouttière comprenant une plaque centrale (14), positionnée face aux brides radiales (8, 11), et une première et une deuxième plaque (15, 16) s’étendant depuis la plaque centrale (14) en étant en contact avec les brides radiales (8, 11), respectivement ; et • un premier et un deuxième rabat (18) s’étendant depuis la première et la deuxième plaque (15, 16), les rabats étant en contact avec des parois axiales des viroles (6, 9). Figure pour l’abrégé : Fig. 3 Réduction des fuites dans une turbomachine DOMAINE DE L'INVENTION L’invention concerne de manière générale les moteurs à turbine à gaz, et plus particulièrement de l’étanchéité entre deux pièces d’une turbomachine telles que deux viroles. Des domaines d’application de l’invention sont les turboréacteurs et turbopropulseurs d’avions et les turbines à gaz industrielles. ETAT DE LA TECHNIQUE Un exemple de moteur à turbine à gaz du type turbomachine est illustré en . Une turbomachine 1 comporte typiquement une nacelle qui forme une ouverture pour l’admission d’un flux déterminé d’air vers le moteur. Conventionnellement, les gaz s’écoulent d’amont en aval à travers la turbomachine le long de l’axe X autour duquel s’étend la turbomachine. Généralement, la turbomachine comprend une ou plusieurs sections de compression 2 de l’air admis dans le moteur (généralement une section basse pression et une section haute pression). L’air ainsi comprimé est admis dans la chambre de combustion 5 et mélangé avec du carburant avant d’y être brûlé. Les gaz de combustion chauds issus de cette combustion sont ensuite détendus dans différents étages de turbine 3. Une première détente est faite dans un étage à haute pression immédiatement en aval de la chambre de combustion 5 et qui reçoit les gaz à la température la plus élevée. Les gaz sont détendus à nouveau en étant guidés à travers les étages de turbine dits à basse pression. Chaque étage de turbine ou de compresseur comporte classiquement une rangée de pales fixes (partie stator) suivie d’une rangée d’aubes mobiles (partie rotor). Une telle turbomachine comprend un grand nombre de pièces devant être raccordées entre elles de façon fixe (pièces de stator) ou afin de les rendre solidaires en rotation (pièces de rotor). Par exemple, une turbomachine peut comprendre en plusieurs endroits des viroles, généralement annulaires ou coniques, comprenant chacune une bride radiale qui sont raccordées entre elles par une liaison boulonnée. C’est notamment le cas des viroles des rotors de turbine, entre lesquelles peuvent être fixé un anneau d’étanchéité tournant à léchettes. La virole de chaque disque est fixée solidairement sur la virole en regard d’un disque adjacent du rotor. C’est également le cas du carter de soufflante  qui comprend une virole annulaire amont entourant le rotor de soufflante sur laquelle est fixée, par l’intermédiaire d’une liaison boulonnée, une virole annulaire aval entourant l’étage de redresseurs de la soufflante  mais également des raccords entre les viroles des carters de compresseur basse pression, intermédiaire, de compresseur haute pression, etc. Afin de ne pas impacter la performance du moteur et le cas échéant son rendement thermique (selon l’emplacement des viroles dans la turbomachine), le raccordement des viroles doit être le plus étanche possible. Généralement, cette étanchéité est réalisée par plaquage des brides annulaires des viroles. Pour améliorer ce plaquage, il a déjà été proposé de réaliser un évidement dans l’interface entre les brides radiales des viroles annulaires, afin de concentrer les efforts de serrage sur une surface plus faible et d’augmenter ainsi l’étanchéité au niveau de l’interface. Cette solution permet effectivement de réduire les fuites d’air au niveau des viroles. Toutefois, elle nécessite des étapes supplémentaires d’usinage. Il s’avère en outre à l’usage que des fuites peuvent subsister lorsque les viroles sont soumises à des différences de pression importantes, ou encore en cas de décollement partiel des brides sous charge. Un but de l’invention est de remédier aux inconvénients précités, en proposant une solution permettant d’améliorer l’étanchéité entre deux viroles d’une turbomachine, qui soit simple à réaliser et plus efficace que dans l’art antérieur. Un autre but de l’invention est de proposer un ensemble de turbomachine comprenant des viroles fixées par une liaison mécanique, telle qu’une liaison boulonnée, dont l’étanchéité est améliorée quel que soit l’emplacement des viroles, notamment dans une partie rotor ou une partie stator de la turbomachine, mais également dans un environnement thermique chaud (par exemple au niveau du rotor d’une turbine basse pression) ou froid (par exemple au niveau d’un carter de soufflante). Il est à cet effet proposé, selon un premier aspect de l’invention un ensemble d’un moteur à turbine à gaz comprenant : - une première virole comprenant une première paroi et une première bride radiale s’étendant depuis la première paroi; - une deuxième virole comprenant une deuxième paroi et une deuxième bride radiale s’étendant depuis la deuxième paroi, la première bride radiale étant raccordée à la deuxième bride radiale ; et - une garniture emmanchée sur la première bride radiale et la deuxième bride radiale, dans lequel la garniture comprend : • une gouttière comprenant une plaque centrale, positionnée face à la première et à la deuxième bride radiale, et une première et une deuxième plaque s’étendant depuis la plaque centrale en étant en contact avec la première et de la deuxième bride radiale, respectivement ; et • un premier et un deuxième rabat s’étendant depuis la première et la deuxième plaque, le premier rabat étant en contact avec la première paroi et le deuxième rabat étant en contact avec la deuxième paroi. Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives de l’ensemble selon le premier aspect sont les suivantes, prises individuellement ou en combinaison : - l’ensemble comprend en outre un organe de fixation monté sur les première et deuxième plaques latérales et configuré pour fixer la garniture sur la première et la deuxième bride radiale ; - le premier et le deuxième rabat comprennent chacun une bordure monolithique avec la première et la deuxième plaque, respectivement, et une extrémité libre, une distance entre les extrémités libres du premier et du deuxième rabat étant plus grande qu’une distance entre les bordures ; - avant assemblage de la garniture sur la première et la deuxième bride radiale, un premier angle entre la première plaque et le premier rabat d’une part, et entre la deuxième plaque et le deuxième rabat d’autre part, est strictement supérieur à un deuxième angle entre la bride radiale et la paroi de la première et la deuxième virole, respectivement, de sorte que la garniture est montée serrée sur la première et la deuxième virole ; - une différence entre le premier angle et le deuxième angle est strictement supérieure à 30°, de préférence supérieure ou égale à 45° ; - le premier et le deuxième rabat comprennent en outre des moyens d’appui configurés pour que leur extrémité libre prennent appui sur la première et la deuxième paroi, respectivement ; - l’extrémité libre du premier et du deuxième rabat est recourbée de sorte à former les moyens d’appui ; - la plaque centrale s’étend à distance des première et deuxième brides radiales de sorte à ménager un jeu ; et/ou - la garniture est sectorisée ou monobloc sur toute sa périphérie. Selon un deuxième aspect, l’invention propose un moteur à turbine à gaz comprenant un ensemble selon le premier aspect qui peut être monté dans une partie rotor ou une partie stator du moteur à turbine à gaz. Selon un troisième aspect, l’invention propose également un aéronef comprenant un moteur à turbine à gaz conforme au deuxième aspect. DESCRIPTION DES FIGURES D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : La représente un exemple de moteur à turbine à gaz sur lequel s’applique l’invention ; La est une vue partielle et en coupe axiale d’un exemple de réalisation d’un ensemble conforme à un mode de réalisation de l’invention en cours d’assemblage, dans lequel une première forme de réalisation des moyens d’appui a été illustrée en partie droite de la figure et une deuxième forme de réalisation des moyens d’appui a été illustrée en partie gauche de la figure ; et La illustre l’exemple de réalisation de la après assemblage de la garniture avec les viroles et un organe de fixation. Sur l’ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Comme cela a été précisé ci-avant, l’invention s’applique à tout ensemble 5 d’un moteur 1 à turbine à gaz comprenant une première et une deuxième virole 6, 9 raccordées ensemble 5 par des brides radiales 8, 11. A titre d’exemple non limitatif, l’invention s’applique aux viroles 6, 9 raccordant deux disques adjacents dans un rotor de turbine 4, aux viroles 6, 9 de carter raccordant deux parties de carter ou deux carters du moteur 1, etc. Les viroles 6, 9 peuvent en outre faire partie d’une partie rotor ou d’une partie stator du moteur 1. Des exemples d’emplacements du moteur 1 comprenant un ensemble 5 pouvant être conforme à l’invention ont été encadrés sur la annexée. Par ailleurs, on appelle axe X des viroles 6, 9, leur axe de symétrie. La direction axiale correspond à la direction de l'axe X et une direction radiale est une direction perpendiculaire à cet axe et passant par lui. Par ailleurs, la direction tangentielle (ou circonférentielle) correspond à une direction perpendiculaire à l'axe X et ne passant pas par lui. Sauf précision contraire, interne (respectivement, intérieur) et externe (respectivement, extérieur), respectivement, sont utilisés en référence à une direction radiale de sorte que la partie ou la face interne d'un élément est plus proche de l'axe X que la partie ou la face externe du même élément. La première virole 6 de l’ensemble 5 comprend une première paroi 7 et une première bride radiale 8 qui s’étend depuis la première paroi 7. La deuxième virole 9 comprend une deuxième paroi 10 et une deuxième bride radiale 11 qui s’étend depuis la deuxième paroi 10. La première paroi 7 et la deuxième paroi 10 peuvent être cylindriques, tubulaires ou coniques de sorte que la première et la deuxième virole 6, 9 présentent globalement une symétrie de révolution autour de l’axe X. Sur les figures 2 et 3 annexées, les première et deuxième parois 7, 10 sont par exemple tubulaires. La première et la deuxième bride radiale 8, 11 peuvent être comprises dans un plan radial à l’axe X. Le cas échéant, la première et la deuxième bride radiale 8, 11 peuvent être inclinées par rapport à ce plan radial. La première bride radiale 8 est en outre raccordée à la deuxième bride radiale 11, par exemple par l’intermédiaire d’une liaison boulonnée 12. Afin d’améliorer l’étanchéité de la liaison entre la première et la deuxième virole 6, 9, l’ensemble 5 comprend en outre une garniture 13 emmanchée sur la première bride radiale 8 et sur la deuxième bride radiale 11 de sorte à recouvrir la fente définie par l’interface entre ces brides 8, 11. A cet effet, la garniture 13 comprend une gouttière et des premier et deuxième rabats 17, 18. La gouttière comprend une plaque centrale 14 positionnée face à la première et à la deuxième bride radiale 8, 11, et une première et une deuxième plaque latérale 15, 16 s’étendant depuis la plaque centrale 14 en étant en contact avec la première et la deuxième bride radiale 8, 11, respectivement. La plaque centrale 14 et les plaques latérales 15, 16 forment ensemble une gouttière en U. La plaque centrale 14 s’étend face au sommet des brides radiales 8, 11 (qui correspondent aux faces libres desdites brides 8, 11 qui s’étendent sensiblement suivant la direction axiale,). Un jeu J1 est de préférence ménagé entre la plaque centrale 14 et le sommet des brides radiales 8, 11 afin de tenir compte des tolérances de forme maximales admissibles entre les sommets des brides radiales 8, 11. Dans une forme de réalisation, la plaque centrale 14 peut être placée à distance des sommets des brides radiales 8, 11 afin de délimiter une lame d’air entre la plaque centrale 14 et les brides radiales 8, 11. Cette lame d’air peut alors jouer un rôle d’isolant thermique. De préférence, les plaques latérales 15, 16 sont en contact surfacique avec la première et la deuxième bride radiale 8, 11, sur une au moins 80 % de la surface latérale desdites brides 8, 11. Le premier et le deuxième rabat 17, 18 de la garniture 13 s’étendent depuis la première et la deuxième plaque latérale 15, 16 et sont configurés pour venir en contact avec la première et la deuxième paroi 7, 10 des viroles 6, 9, respectivement. Le premier et le deuxième rabat 17, 18 comprennent chacun une bordure 19 monolithique avec la première et la deuxième plaque latérale 15, 16 (respectivement) et une extrémité libre 20. Une distance entre les extrémités libres 20 des rabats 17, 18 est plus grande qu’une distance entre leur bordure 19. En d’autres termes, les rabats 17, 18 forment chacun des pattes configurées pour prendre appui sur la paroi 7, 9 de la virole 6, de part et d’autre des brides radiales 8, 11, et sont orientées de sorte que leurs extrémités libres 20 s’étendent à distance des brides radiales 8, 11. La garniture 13 forme ainsi une barrière physique pour l’air en réduisant le passage d’air dans la fente à l’interface des brides radiales 8, 11 (voir par exemple ). L’air F devant contourner la garniture 13 en passant entre la paroi des viroles 6, 9 et le rabat 17, 18 associé, puis remonter le long des plaques latérales 15, 16 de la garniture 13 pour atteindre la fente, les pertes de charges sont en outre augmentées en comparaison avec la configuration conventionnelle (sans garniture 13). L’étanchéité de la liaison des brides radiales 8, 11 est donc améliorée, quel que soit l’environnement (thermique, différence de pression, etc.) de l’ensemble 5. Les plaques latérales 15, 16 et les rabats 17, 18 sont sensiblement plans et monolithiques avec la plaque centrale 14. Dans une première forme de réalisation, la garniture 13 peut être assemblée et fixée sur les viroles 6, 9 par serrage. Dans une deuxième forme de réalisation, qui peut être cumulée avec la première forme de réalisation, la garniture 13 peut en outre être fixée sur les viroles 6, 9 à l’aide d’organes de fixation 12. Les organes de fixation 12 peuvent comprendre la ou les liaisons boulonnées des viroles 6, 9 (au niveau des brides radiales 8, 11, comme illustré sur la ) et/ou des organes de fixation distincts, tels que des vis de fixation supplémentaires, qui peuvent notamment être insérées dans les brides radiales 8, 11 et les plaques latérales 15, 16 afin de plaquer la gouttière de la garniture 13 contre les brides radiales 8, 11. La garniture 13 peut être monobloc sur toute sa périphérie (c’est-à-dire sur toute sa circonférence autour de l’axe X) et comprendre une fente afin de permettre son assemblage. Dans ce cas, le diamètre à l’état libre (c’est-à-dire avant assemblage avec les viroles 6, 9) de la garniture 13 est supérieur ou égal à son diamètre installé (c’est-à-dire après assemblage). Les extrémités de la garniture 13 peuvent le cas échéant se chevaucher au niveau de la fente afin d’assurer une étanchéité. La garniture 13 est de préférence réalisée dans un matériau qui plastifie peu afin de permettre son assemblage sans déformation. En variante, la garniture 13 peut être sectorisée, chaque secteur étant alors maintenu sur les viroles 6, 9 à l’aide d’organes de fixation 12. De préférence, les secteurs formant la garniture 13 sont positionnés les uns à côté des autres avec chevauchement partiel afin d’assurer l’étanchéité entre les secteurs. Les secteurs positionnés les uns à côté des autres avec chevauchement forment donc ensemble une garniture sensiblement continue et étanche sur toute sa périphérie. Afin de maximiser l’étanchéité de l’ensemble 5, la géométrie de la garniture 13 est configurée pour lui conférer un effet ressort après assemblage sur les viroles 6, 9. A cet effet, les plaques latérales 15, 16 de la garniture 13 sont montées avec serrage sur les brides radiales 8, 11. Pour cela, dans une forme de réalisation, un angle entre les plaques latérales 15, 16 et la plaque centrale 14 est égal à environ 90° ou légèrement inférieur à 90° lorsque la garniture 13 est au repos (c’est-à-dire avant assemblage sur les brides 8, 11 annulaires). En variante ou en plus du serrage par les plaques latérales 15, 16, les rabats 17, 18 sont configurés de sorte à venir se plaquer contre la paroi 7, 9 en regard des viroles 6, 9 lorsque la garniture 13 est assemblée sur les viroles 6, 9. Pour cela, lorsque la garniture 13 est au repos, les rabats 17, 18 forment un angle α 1 , α 2 obtus avec les plaques latérales 15, 16 de la garniture 13. De la sorte, le montage de la garniture 13 sur les brides radiales 8, 11 a pour effet d’appliquer un effort sur les rabats 17, 18, les rabats 17, 18 appliquant en réaction un effort de rappel contre les parois 7, 10 des viroles 6, 9, ce qui assure le contact continu des rabats 17, 18 et des parois 7, 10 capable de résister aussi bien aux variations thermiques, aux différences de pression élevées et aux vibrations. Dans cette forme de réalisation, la garniture 13 est de préférence maintenue sur les viroles 6, 9 par un ou des organes de fixation 12, qui peuvent comprendre la liaison boulonnée, afin de plaquer la garniture 13 contre les viroles 6, 9, d’éviter que la garniture 13 ne glisse radialement le long des brides radiales 8, 11 et ne se désengage même partiellement des viroles 6, 9. L’angle α 1 entre la première plaque latérale 15 et le premier rabat 17 est de préférence strictement supérieur à l’angle β 1 entre la première bride radiale 8 et la première paroi 7. De même, l’angle α 1 entre la deuxième plaque latérale 16 et le deuxième rabat 18 est strictement supérieur à l’angle β 2 entre la deuxième bride radiale 11 et la deuxième paroi 10. Par exemple, la différence entre l’angle α 1 entre la première plaque latérale 15 et le premier rabat 17 et l’angle β 1 entre la première bride radiale 8 et la première paroi 7, d’une part, et entre l’angle α 2 entre la deuxième plaque latérale 16 et le deuxième rabat 18 et l’angle β 1 entre la deuxième bride radiale 11 et la deuxième paroi 10 peut être supérieure à 30°, de préférence supérieure ou égale à 45°, et inférieure à 80°. Le cas échéant, le premier et le deuxième rabat 17, 18 comprennent en outre des moyens d’appui 21 configurés pour permettre aux rabats 17, 18 de prendre appui sur la paroi en regard de la première et la deuxième virole 6, 9, respectivement, afin d’améliorer encore l’étanchéité de l’ensemble 5 et de plaquer de force les rabats 17, 18 contre la paroi 7, 10 en regard. Ces moyens d’appui 21 permettent en outre d’améliorer la quantification des fuites en définissant une section calibrante. Dans une première forme de réalisation, l’extrémité libre 20 des premier et deuxième rabats 17, 18 peut être recourbée, soit (partie droite des figures 2 et 3) en direction de la première paroi 7 ou de la deuxième paroi 10, respectivement, soit (partie gauche des figures 2 et 3) en direction de la première bride radiale 8 ou la deuxième bride radiale 11, respectivement, de sorte à former les moyens d’appui 21. Avantageusement, la quantification des fuites est améliorée lorsque l’extrémité libre 20 des rabats 17, 18 est recourbée en direction de la bride radiale 8, 11 associée. Dans une deuxième forme de réalisation (non illustrée sur les figures), les moyens d’appui 21 comprennent une nervure tangentielle s’étendant depuis la face des rabats 17, 18 qui est en regard des parois 7, 10 des viroles 6, 9, à proximité de l’extrémité libre 20s desdits rabats 17, 18. Optionnellement, l’extrémité libre 20 des rabats 17, 18 peut en outre comprendre des ergots configurés pour empêcher la mise en parapluie des rabats 17, 18. Les ergots peuvent par exemple avoir une forme de spirale, une extrémité carrée ou toute forme géométrique permettant d’empêcher la mise en parapluie des rabats 17, 18. La longueur (c’est-à-dire la dimension suivant l’axe X) des rabats 17, 18 est choisie de sorte à maximiser l’étanchéité de l’ensemble 5. De préférence, la longueur des rabats 17, 18 est sensiblement égale (à 20% près) à la hauteur (c’est-à-dire la dimension suivant un axe radial à l’axe X) des brides radiales 8, 11. Bien entendu, lorsque l’environnement de l’ensemble 5 ne permet pas d’atteindre une telle longueur, la longueur des rabats 17, 18 est ajustée à l’espace disponible et maximisée afin d’optimiser l’étanchéité de l’ensemble 5. La garniture 13 peut notamment être réalisée dans un alliage à base d’aluminium (dans le cas où l’ensemble 5 est situé dans un environnement thermique froid, typiquement au niveau du carter de soufflante) ou dans un alliage à base de nickel, de chrome, de fer ou de molybdène (dans le cas notamment où l’ensemble 5 est situé dans un environnement thermique chaud, typiquement dans une turbine 4). Ensemble (5) d’un moteur (1) à turbine à gaz comprenant : - une première virole (6) comprenant une première paroi (7) et une première bride radiale (8) s’étendant depuis la première paroi (7); - une deuxième virole (9) comprenant une deuxième paroi (10) et une deuxième bride radiale (11) s’étendant depuis la deuxième paroi (10), la première bride radiale (8) étant raccordée à la deuxième bride radiale (11) ; et - une garniture (13) emmanchée sur la première bride radiale (8) et la deuxième bride radiale (11), dans lequel la garniture (13) comprend : • une gouttière comprenant une plaque centrale (14), positionnée face à la première et à la deuxième bride radiale (11), et une première et une deuxième plaque (15, 16) s’étendant depuis la plaque centrale (14) en étant en contact avec la première et de la deuxième bride radiale (8, 11), respectivement ; et • un premier et un deuxième rabat (18) s’étendant depuis la première et la deuxième plaque (15, 16), le premier rabat (18) étant en contact avec la première paroi (7) et le deuxième rabat (18) étant en contact avec la deuxième paroi (10). Ensemble selon la revendication 1, comprenant en outre un organe de fixation (12) monté sur les première et deuxième plaques latérales (15, 16) et configuré pour fixer la garniture (13) sur la première et la deuxième bride radiale (8, 11). Ensemble (5) selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel le premier et le deuxième rabat (17, 18) comprennent chacun une bordure (19) monolithique avec la première et la deuxième plaque (15, 16), respectivement, et une extrémité libre (20), une distance entre les extrémités libres (20) du premier et du deuxième rabat (17, 18) étant plus grande qu’une distance entre les bordures (19). Ensemble (5) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel, avant assemblage de la garniture (13) sur la première et la deuxième bride radiale (8, 11), un premier angle (α 1 , α 2 ) entre la première plaque (15) et le premier rabat (17) d’une part, et entre la deuxième plaque (16) et le deuxième rabat (18) d’autre part, est strictement supérieur à un deuxième angle (β 1 , β 2 ) entre la bride radiale (8, 11) et la paroi (7, 10) de la première et la deuxième virole (6, 9), respectivement, de sorte que la garniture (13) est montée serrée sur la première et la deuxième virole (6, 9). Ensemble (5) selon la revendication 4, dans lequel une différence entre le premier angle (α 1 , α 2 ) et le deuxième angle (β 1 , β 2 ) est strictement supérieure à 30°, de préférence supérieure ou égale à 45°. Ensemble (5) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel le premier et le deuxième rabat (17, 18) comprennent en outre des moyens d’appui (21) configurés pour que leur extrémité libre (20) prennent appui sur la première et la deuxième paroi (7, 10), respectivement. Ensemble (5) selon la revendication 6, dans lequel l’extrémité libre (20) du premier et du deuxième rabat (18) est recourbée de sorte à former les moyens d’appui (21). Ensemble (5) selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel la plaque centrale (14) s’étend à distance des première et deuxième brides radiales (8, 11) de sorte à ménager un jeu (J1). Ensemble (5) selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel la garniture (13) est sectorisée ou monobloc sur toute sa périphérie. Moteur (1) à turbine à gaz comprenant un ensemble (5) selon l’une des revendications 1 à 9 monté dans une partie rotor ou une partie stator du moteur (1) à turbine à gaz.