Brevet FR3138175A1 — publié le 20240126

Un joint d’étanchéité (10, 11) bordant une cavité (12) contenant un fluide à pression variable est soumis, avant le service de l’assemblage mécanique, à une surpression permettant de le plastifier aux endroits de concentration de contrainte. On réduit alors les contraintes subies localement par la suite, et les risques d’endommagement par fatigue dus à des variations de la pression du fluide pendant le service de l’assemblage mécanique. Application aux joints en polymère et particulièrement à ceux peu résistants aux sollicitations cycliques. Figure pour l’abrégé : Figure 3. PROCEDE DE PREPARATION D’UN JOINT D’ETANCHEITE EN POLYMERE SOUMIS A UNE PRESSION EN FATIGUE Le sujet de l’invention est un procédé de préparation d’un joint d’étanchéité en polymère soumis à une pression en fatigue. Les joints d’étanchéité dont il est question ici bordent des cavités d’un fluide sujet à des variations de pression pendant le fonctionnement d’un ensemble mécanique dans lequel la cavité est incluse et qui comprend le joint. Une application possible, mais non limitative, concerne les cavités de lubrification de roulements soutenant des arbres de pivotement de pales d’hélices à calage variable, c’est-à-dire dont l’incidence par rapport à l’axe longitudinal du moteur peut être modifiée à volonté, selon les régimes de celui-ci ou d’autres caractéristiques de fonctionnement. Une telle cavité de logements d’un arbre de pivotement de pied de pale est décrite dans le document FR 21 07066. La pression du fluide de la cavité est susceptible de varier au cours du temps, notamment avec les variations de régime du moteur et les variations de température. Ces variations de pression produisent des contraintes mécaniques de fatigue qu’on peut qualifier d’« oligocycliques », puisque les cycles de fatigue ne sont pas toujours nombreux. Certains matériaux envisageables pour la construction des joints, comme certains polymères et notamment le PTFE (polytétrafluoréthylène) sont toutefois sujets à la fatigue mécanique, même avec des variations de contraintes peu importantes lors de fatigues oligocycliques, et ils sont donc exposés à des dommages. L’objet de l’invention est d’augmenter la durée de vie de tels joints en réponse à des contraintes mécaniques alternées, même aux petits nombres de cycles et variations d’intensité modérées. L’idée sur laquelle l’invention repose est de produire une déformation plastique sur le joint, ou du moins sur les parties exposées à une concentration de contrainte par le fluide. Il a été constaté que cette déformation plastique réduisait les variations de contraintes subies au cours des cycles de fatigue. Une augmentation de durée de vie des joints, éventuellement au-delà de la durée prévue de service de l’ensemble mécanique où ils sont inclus, est alors attendue. Conformément à l’invention, la surpression menant à la déformation plastique est produite pendant le montage de l’ensemble mécanique et donc dans les conditions exactes de service du joint. Sous une forme générale, l’invention concerne ainsi un procédé de préparation d’un joint d’étanchéité en polymère bordant une cavité d’un fluide sujet à des variations de pression pendant des fonctionnements d’un ensemble mécanique dans lequel la cavité est incluse et qui comprend le joint, le procédé étant caractérisé en ce qu’il consiste, pendant un montage de l’ensemble mécanique précédant les fonctionnements, à appliquer une pression de montage dans la cavité, ladite pression de montage exerçant une déformation plastique dans au moins une partie du joint. D’après des caractéristiques optionnelles, mais favorables : - la pression de montage est égale à au moins 2 fois une pression maximale du fluide pendant les fonctionnements ; - ou, de façon encore favorable, 2,5 fois cette pression maximale. Certaines applications de ce procédé, non exclusives d’autres, peuvent concerner : - un joint en PTFE, vierge ou chargé en additifs ; - un joint comprenant deux lèvres d’étanchéité réunies par une bande intermédiaire et formant une concavité avec la bande intermédiaire, la concavité du joint appartenant à la cavité du fluide, ladite partie du joint comprenant des portions de raccord des lèvres à la bande intermédiaire donnant sur la concavité ; - des cavités de logements d’un tourillon de pied de pale d’hélice à calage variable, le logement contenant aussi des paliers de pivotement du pied de pale dans le logement, le fluide étant du lubrifiant des paliers. Les différents aspects, caractéristiques et avantages de l’invention seront maintenant décrits à l’aide des figures suivantes, qui en décrivent un mode de réalisation particulier non exclusif d’autres : : vue générale d’un aéronef sur lequel l’invention peut être employée ; : représentation schématique de l’implantation des pales à calage variable ; : représentation détaillée, montrant les joints d’étanchéité et leur situation dans l’ensemble mécanique ; : section d’un des joints en isolé ; : représentation du procédé de l’invention ; : contraintes mécaniques subies par une portion du joint sans application de l’invention ; : contraintes mécaniques subies par une portion du joint avec application de l’invention. On décrira d’abord les figures 1 et 2. Elles représentent partiellement un rotor d’hélice 1 d’un moteur d’aéronef tournant autour d’un axe de rotation X-X. L’hélice comprend un cercle de pales 2 réparties autour de l’axe de rotation X-X, et chacune des pales 2 comprend un pied 3. Le rotor d’hélice s’étend en avant d’un corps principal 4 du moteur, pouvant comprendre une deuxième roue 5 d’aubes fixes (ou à calage variable) redressant le flux d’air, une chambre de combustion et des turbines de détente des gaz. L’hélice 1 et la roue 5 donnent directement dans l’atmosphère extérieure pour ce moteur non caréné. La réalisation est plus complètement décrite à la . Les pales 2 sont placées autour d’un anneau 6 du rotor 1, et l’anneau 6 est muni de perçages 7 répartis sur sa circonférence pour recevoir les pieds 3 des pales 2. Ils pivotent autour de leur axe, dirigé dans une direction Y-Y perpendiculaire ou à peu près perpendiculaire à l’axe de rotation X-X du moteur. Le support pivotant des pieds 3 est assuré par une paire de roulements 8 et 9 dont la bague extérieure de chacun est montée sur la paroi du perçage 7 correspondant, et la bague intérieure sur le pied d’aube 3. A partir d’ici, « extérieur » ou « externe » d’une part, « intérieur » ou « interne » d’autre part, seront en général attribués d’après des positions opposées le long de la direction Y-Y. Deux joints 10 et 11 d’étanchéité, le premier 10 placé à l’extérieur du roulement extérieur 8, et le second 11 à l’intérieur du roulement intérieur 9, isolent une cavité 12 de lubrification contenant les roulements 8 et 9. Chacun des joints 10 et 11 est circulaire à section en forme d’U comprenant deux lèvres essentiellement parallèles et planes réunies par une bande intermédiaire située aux plus grands diamètres du joint 10 ou 11. Le joint extérieur 10 a une bande intermédiaire 13 qui s’appuie sur une portée cylindrique de l’anneau 6 ; une lèvre externe 14 qui s’appuie sur un flasque 15 conique et évidé au centre, dont le bord intérieur est monté sur le pied de pale 3, et qui contribue à refermer la cavité 12 en s’étendant presque jusqu’à l’anneau 6 ; et une lèvre interne 16 en appui sur une portée plane de l’anneau 6. Le joint intérieur 11 a une bande intermédiaire 17 et une lèvre interne 18 qui s’appuient respectivement sur une portée cylindrique et une portée plane d’une bague de support 19 engagée dans le perçage 7 et retenant la bague extérieure du roulement intérieur 9 ; et une lèvre externe 20 qui s’appuie sur un flasque intérieur 21. Ce dernier, comme le flasque extérieur 15 mentionné plus haut, est de forme conique évidée dont le bord intérieur est monté sur le pied 3, et il contribue à fermer la cavité 12 en s’étendant presque jusqu’à l’anneau 6. Le dispositif comprend encore notamment un ensemble de serrage 22, muni d’un écrou de maintien de la bague intérieure du roulement intérieur 9 contre une portée plane du pied 3 dans la direction Y-Y. Pour résumer, la cavité 12 est délimitée radialement entre le perçage 7 et le pied de pale 3, axialement entre les flasques extérieur 15 et intérieur 21 ; elle contient notamment les roulements 8 et 9, ainsi que les joints 10 et 11, qui contribuent respectivement à parfaire l’étanchéité entre les extrémités extérieures des flasques respectifs 15 et 21 et la paroi du perçage 7. Chacun des joints 10 et 11 inclut une concavité 23 ( ) entre ses lèvres ; chaque concavité 23 s’ouvrant dans la cavité 12, est baignée par le lubrifiant contenu dans la cavité 12, et est soumise à sa pression. Les portions des joints 10 et 11 susceptibles d’être le plus fortement sollicitées par cette pression sont les raccords de surfaces 24 et 25 des bandes intermédiaires 13 et 17 aux lèvres 14, 16, 18 et 20, et plus précisément près des surfaces donnant sur la concavité 23. C’est à ces endroits que des concentrations de contrainte sont observées, et que des risques de rupture par fatigue existent. Le procédé de préparation des joints 10 et 11 est représenté succinctement à la . Il consiste à emplir la cavité 12 d’un fluide et à soumettre ce fluide a une pression suffisant à créer une plastification au moins aux endroits, sujets au risque de dommages par fatigue, donc en premier lieu aux raccords de surfaces 24 et 25. L’application de surpression est effectuée pendant le montage de l’ensemble mécanique, donc avant la mise en service du moteur. Elle peut être réalisée par un appareil de mise sous pression 26 quelconque, par exemple une pompe reliée à un réservoir, agissant à travers un orifice de lubrification 27 . Il est plausible d’utiliser le lubrifiant même qui emplit la cavité 12 pendant le service, mais le procédé pourrait être éventuellement accompli avec un autre fluide. Les figures 6 et 7 illustrent le résultat obtenu sur une configuration concrète. L’application d’une pression de service sur le raccord de surfaces 25 non soumis à la plastification préalable donne ( ) des concentrations de contrainte locales élevées à une portion 28 donnant sur le fond de la concavité 23. Si la même pression est appliquée après la plastification, on constate ( ) un étalement apparent de la superficie de la zone soumise aux concentrations de contrainte, mais qui est conjoint à une diminution (jusqu’à 20 %) des valeurs des contraintes élevées dans la portion 28, ce qui correspond donc à un allègement d’ensemble des sollicitations sur le joint 10 ou 11. Les variations des contraintes sur les joints 10 et 11 pendant les cycles de fatigue seront ainsi beaucoup moins importantes. La pression de préparation des joints 10 et 11 doit donc être suffisante pour plastifier lesdits joints au moins aux endroits les plus contraints par la suite, entre autres aux portions 28 pour les joints ayant la forme représentée ici. La pression appliquée peut, pour des résultats meilleurs, être nettement supérieure à cette valeur minimale. On peut préconiser une pression 2 fois, ou encore mieux 2,5 fois supérieure à celle qui sera attendue pendant les conditions les plus dures des cycles du fonctionnement réel. Procédé de préparation d’un joint (10,11) d’étanchéité en polymère bordant une cavité (12) d’un fluide sujet à des variations de pression pendant des fonctionnements d’un ensemble mécanique dans lequel la cavité est incluse et qui comprend le joint, le procédé étant caractérisé en ce qu’il consiste, pendant un montage de l’ensemble mécanique précédant les fonctionnements, à appliquer une pression de montage dans la cavité, ladite pression de montage exerçant une déformation plastique dans au moins une portion (28) du joint. Procédé de préparation d’un joint d’étanchéité en polymère bordant une cavité d’un fluide sujet à des variations de pression pendant des fonctionnements d’un ensemble mécanique dans lequel la cavité est incluse et qui comprend le joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression de montage est égale à au moins deux fois une pression maximale du fluide pendant les fonctionnements. Procédé de préparation d’un joint d’étanchéité en polymère bordant une cavité d’un fluide sujet à des variations de pression pendant des fonctionnements d’un ensemble mécanique dans lequel la cavité est incluse et qui comprend le joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression de montage est égale à au moins 2,5 fois la pression maximale du fluide pendant les fonctionnements. Procédé de préparation d’un joint d’étanchéité en polymère bordant une cavité d’un fluide sujet à des variations de pression pendant des fonctionnements d’un ensemble mécanique dans lequel la cavité (12) est incluse et qui comprend le joint (10,11) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le joint est en PTFE. Procédé de préparation d’un joint d’étanchéité en polymère bordant une cavité d’un fluide sujet à des variations de pression pendant des fonctionnements d’un ensemble mécanique dans lequel la cavité est incluse et qui comprend le joint selon la revendication 1 à 4, dans lequel le joint comprend deux lèvres d’étanchéité (14, 16 ; 18, 20) réunies par une bande intermédiaire (13 ; 17) et formant une concavité (23) avec la bande intermédiaire, la concavité du joint appartenant à la cavité (12) du fluide, ladite portion (28) du joint comprenant des parties de raccords de surfaces (24 ; 25) des lèvres à la bande intermédiaire, qui donnent sur la concavité. Procédé de préparation d’un joint d’étanchéité en polymère bordant une cavité d’un fluide sujet à des variations de pression pendant des fonctionnements d’un ensemble mécanique dans lequel la cavité est incluse et qui comprend le joint selon la revendication 5, dans lequel la cavité est un logement d’un tourillon de pied (3) de pale (2) d’hélice à calage variable, le logement contenant aussi des paliers (8,9) de pivotement du pied de pale dans le logement, le fluide étant du lubrifiant des paliers.