Brevet FR3154150A1 — publié le 20250418

Dispositif d’étanchéité déshuileur tournant (20) comprenant un premier élément (21) monté à rotation autour d’un axe longitudinal (Ax) relativement à un deuxième élément (40), dans lequel l’un des premier et deuxième éléments (21, 40) comprend une première portion (24) s’étendant radialement depuis l’axe longitudinal (Ax) et dont une première extrémité extérieure (22.11, 25.1) s’étend à une première distance (d22.1) de l’axe longitudinal (Ax), et l’autre des premier et deuxième éléments (21, 40) comprend une bague (40) comprenant une première paroi radiale (41) dont une deuxième extrémité intérieure (46) délimite une ouverture intérieure (47) dont une plus petite distance de passage (R47) est inférieure à la première distance (d22.1). Turbomachine comprenant un tel dispositif (20) Figure pour l’abrégé : Figure 2 TITRE DE L’INVENTION Déshuileur lance-goutte à montage facilité L’invention se rapporte au domaine des dispositifs d’étanchéité pour enceintes de paliers de machines tournantes et plus particulièrement aux dispositifs d’étanchéité déshuileur à lance-goutte. Un tel dispositif d’étanchéité déshuileur a pour objet d’éviter un transfert, entre deux volumes voisins, de particules liquides -notamment de lubrifiant- captées et centrifugées contre une paroi d’un stator. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Le changement climatique est une préoccupation majeure pour de nombreux organes législatifs et de régulation à travers le monde. En effet, diverses restrictions sur les émissions de carbone ont été, sont ou seront adoptées par divers états. En particulier, une norme ambitieuse s’applique à la fois aux nouveaux types d’avions mais aussi ceux en circulation nécessitant de devoir mettre en œuvre des solutions technologiques afin de les rendre conformes aux réglementations en vigueur. L’aviation civile se mobilise depuis maintenant plusieurs années pour apporter une contribution à la lutte contre le changement climatique. Les efforts de recherche technologique ont déjà permis d’améliorer de manière très significative les performances environnementales des avions. La Déposante prend en considération les facteurs impactant dans toutes les phases de conception et de développement pour obtenir des composants et des produits aéronautiques moins énergivores, plus respectueux de l’environnement et dont l’intégration et l’utilisation dans l’aviation civile ont des conséquences environnementales modérées dans un but d’amélioration de l'efficacité énergétique des avions. Par voie de conséquence, la Déposante travaille en permanence à la réduction de son incidence climatique négative par l’emploi de méthodes et l’exploitation de procédés de développement et de fabrication vertueux et minimisant les émissions de gaz à effet de serre au minimum possible pour réduire de l'empreinte environnementale de son activité. Ces travaux de recherche et de développement soutenus portent à la fois sur les nouvelles générations de moteurs d’avions, l’allègement des appareils, notamment par les matériaux employés et les équipements embarqués allégés, le développement de l’emploi des technologies électriques pour assurer la propulsion, et, indispensables compléments aux progrès technologiques, les biocarburants aéronautiques. A cet effet, l'invention est le résultat des recherches technologiques visant à améliorer de manière très significative les performances des avions et, en ce sens, contribue à la réduction de l’impact environnemental des avions. Pour cela, l’invention concerne la réduction de la consommation d’huile de lubrification et la limitation de la dispersion de cette huile de lubrification dans l’environnement de l’avion. Classiquement un palier d’un élément tournant d’une turbomachine est lubrifié et refroidi, selon les conditions de fonctionnement attendues, par projection directe d’un jet d’huile de lubrification sur les éléments roulants, par une répartition centrifuge d’huile de lubrification. Les paliers et les nuages d’huile qu’ils projettent sont confinés dans des enceintes dont il convient d’assurer l’étanchéité, à la fois pour contrôler les circulations de gaz entre enceintes et garantir l’efficacité de la turbomachine, et pour maintenir le fluide lubrifiant (généralement de l’huile) dans le circuit dédié, l’huile de lubrification pouvant altérer le fonctionnement d’autres organes de la turbomachine voisins de l’enceinte ou polluer l’environnement extérieur. Un dispositif d’étanchéité tournant peut comprendre alternativement un joint à lèvre, un joint à brosse, un joint carbone, ou un joint labyrinthe solidaire d’un élément fixe et qui vient en appui (joint à lèvre) ou à affleurement relativement à un arbre tournant. Pour limiter la quantité d’huile que doit arrêter le joint, il est connu d’installer un dispositif d’étanchéité à lance-goutte -ou déshuileur- à proximité du joint. Le lance-goutte consiste en une paroi solidaire en rotation de l’arbre tournant et qui évacue centrifugement puis par gravité vers un collecteur les particules d’huile entrant en contact ou effleurant la paroi. L’efficacité d’un tel lance goutte est directement liée au diamètre de la paroi tournante et au jeu que son diamètre extérieur laisse avec les surfaces intérieures du stator qui lui font face. Cependant ce diamètre est limité par les opération de montage/démontage et notamment le fait que l’arbre tournant soit généralement engagé dans le carter en effectuant une translation de l’arbre dans le carter selon une direction parallèle à l’axe de rotation de l’arbre. Ainsi, le diamètre de la paroi du lance goutte est nécessairement inférieur au diamètre minimal de tous les éléments de stator à travers lesquels l’arbre doit passer lors du montage/démontage. Une solution pour la mise en œuvre d’un dispositif d’étanchéité à lance-goutte plus efficace (c’est-à-dire dont le diamètre est augmenté) requiert de modifier le carter de la machine pour autoriser un montage de l’arbre tournant par translation orthogonalement à l’axe de rotation de l’arbre tournant. Un tel montage requiert une modification profonde du carter qui est couteuse et génératrice d’autres problèmes d’étanchéité, de tenue des paliers et de tenue générale de toutes les pièces autrement axisymétriques entourant l’arbre. OBJET DE L’INVENTION L’invention a pour objet de faciliter le montage et le démontage d’un dispositif d’étanchéité déshuileur tournant participant à l’étanchéité de type lance-goutte déshuileur. A cet effet, on prévoit un dispositif d’étanchéité déshuileur tournant comprenant un premier élément monté à rotation autour d’un axe longitudinal relativement à un deuxième élément. L’un des premier et deuxième éléments comprend une première portion s’étendant radialement depuis l’axe longitudinal et dont une première extrémité extérieure s’étend à une première distance de l’axe longitudinal. L’autre des premier et deuxième éléments comprend une bague comprenant une première paroi radiale dont une deuxième extrémité intérieure délimite une ouverture intérieure dont une plus petite distance de passage est inférieure à la première distance. On obtient ainsi un dispositif d’étanchéité déshuileur particulièrement performant qui réalise une séparation poreuse au gaz mais non poreuse aux particules de liquide -notamment de lubrifiant- captées et centrifugées contre une paroi d’un stator. Avantageusement, le dispositif présente un recouvrement entre la paroi radiale et l’élément tournant ce qui améliore grandement les performances de déshuilage. Selon d’autres modes de réalisation particuliers, non exclusifs et optionnels de l’invention : la première portion est réalisée dans un matériau choisi de manière à autoriser une déformation élastique de la première portion amenant à une configuration déformée dans laquelle la première extrémité s’étend à une deuxième distance de l’axe longitudinal qui est sensiblement égale à la plus petite distance de passage. - la première portion comprend une première double rangée de plaquettes et/ou une première nappe de premiers poils. Au sens de la présente demande une plaquette est un élément en forme de secteur court, fin, en un matériau déformable élastiquement dans le sens axial, mais peu déformable dans le sens radial. Un, poil est un élément court, fin et élancé, en un matériau déformable élastiquement dans le sens axial, mais peu déformable dans le sens radial ; - la première paroi comprend au moins une deuxième nappe de deuxièmes poils ; - les premiers poils et/ou les deuxièmes poils peuvent comprendre des poils à surface oléophobe et des poils à surface oléophile ; - la bague peut comprendre également une deuxième paroi radiale qui définit avec la première paroi une gorge de réception de la première portion comprenant une troisième paroi de fond de gorge ; - la première paroi comprend une ailette venant en saillie de la première paroi et s’étend selon une direction formant un angle aigu avec l’axe longitudinal ; - la troisième paroi comprend une nervure ; - le dispositif peut comprendre un joint à brosse tournant dont une troisième extrémité radialement externe vient en contact avec la bague. L’invention s’applique également à une turbomachine comprenant un carter et un dispositif d’étanchéité tel que défini ci -dessus, dans lequel un rotor de la turbomachine est relié au premier élément et le deuxième élément est relié au carter, le carter comprenant un logement d’accueil d’un palier du rotor. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d’un mode de réalisation particulier non limitatif de l’invention. Il sera fait référence aux figures jointes parmi lesquelles : FIG. 1 La FIG. 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d’un moteur d’aéronef ; FIG. 2 La FIG. 2 est une vue schématique en coupe longitudinale d’un arbre pourvu d’un dispositif d’étanchéité selon un premier mode de réalisation de l’invention ; FIG. 3 La FIG. 3 est une vue schématique en coupe longitudinale d’un arbre pourvu d’un dispositif d’étanchéité selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ; FIG. 4 La FIG. 4 est une vue schématique en coupe longitudinale d’un arbre pourvu d’un dispositif d’étanchéité selon un troisième mode de réalisation de l’invention ; FIG. 5 La FIG. 5 est une vue schématique de détail du dispositif d’étanchéité de la FIG. 4 ; FIG. 6 La FIG. 6 est une vue schématique en coupe longitudinale d’un arbre pourvu d’un dispositif d’étanchéité selon un quatrième mode de réalisation de l’invention ; FIG. 7 La FIG. 7 est une vue schématique en coupe longitudinale d’un arbre pourvu d’un dispositif d’étanchéité selon un quatrième mode de réalisation de l’invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Dans une turbomachine, ici un turboréacteur repéré 1 dans la FIG. 1 , l'air est admis dans une manche d'entrée 2 pour traverser une soufflante comportant une série de pales rotatives 3 avant de se scinder en un flux primaire central qui circule dans une veine dite de circulation d’un flux d’air primaire et un flux secondaire entourant le flux primaire. Le flux primaire est compressé par des étages de compresseurs 4 et 5 avant d'atteindre une chambre de combustion 6, après quoi il se détend en traversant des turbines 7, avant d'être évacué en générant une poussée. Le flux secondaire est quant à lui propulsé directement par la soufflante pour générer la poussée principale. Les étages de compresseurs 4 et 5 comprennent des distributeurs fixes régulièrement espacés autour d'un arbre 8 monté à rotation autour d’un axe longitudinal AX dans une nacelle 9 entourant l’ensemble. Les pales des étages de compresseurs 4 et 5 et des turbines 7 sont solidaires en rotation de l’arbre 8. L’arbre 8 est monté à rotation relativement à la nacelle 9 à l’aide de plusieurs paliers 10 lubrifiés à l’huile et qui sont confinés dans des enceintes 11 aux niveaux des compresseurs et des turbines. Dans le présent texte, les termes « intérieur » ou « interne » et « extérieur » ou « externe » sont utilisés en référence à la position ou l’orientation par rapport à l’axe de rotation de la turbine du turboréacteur 1. Dans le présent texte, les termes « amont » et « aval » sont utilisés en référence à la position ou l’orientation d’un élément selon le sens d’écoulement de l’air dans le turboréacteur 1. Il est également défini une direction axiale, une direction radiale qui est orthogonale à la direction axiale et une direction circonférentielle qui est orthogonale aux directions axiale et radiale. En référence à la FIG. 2 , l’enceinte 11 comprend un carter 12 statique fixé par une bride annulaire 13. Le carter 12 comprend une cloison 14 aval traversée par l’arbre 8 et qui est munie d’un joint labyrinthe 15 connu en lui-même. L’enceinte 11 comporte également un dispositif d’étanchéité déshuileur tournant 20 qui comprend une bague intérieure 21 montée solidaire à l’arbre 8 et une bague extérieure 40 solidaire du carter 12. La bague 21 comprend une première double rangée de plaquettes comprenant une première série de plaquettes 22 et une deuxième série de plaquettes 23 en composite élastomère-tissu comprenant un renfort en tissu armant une matrice en élastomère. . Les plaquettes 22.1 à 2236 de la série de plaquettes 22 sont toutes identiques et sont, ici, des secteurs de disque d’une amplitude sensiblement égale à dix degrés. Les plaquettes 22.1 à 22.36 constituent des premières portions 24 de la bague 21. La plaquette 22.1 s’étend radialement depuis l’axe longitudinal Ax et comprend une première extrémité extérieure 22.11 qui s’étend à une première distance d 22.1 de l’axe longitudinal Ax. La bague 40 comprend une première paroi radiale 41 et une deuxième paroi radiale 42. La paroi 42 vient en butée contre un épaulement 16 radial du carter 12 et est reliée par une troisième paroi de fond de gorge 43 à la paroi 41 pour définir une gorge 44 de réception des séries de plaquettes 22 et 23. La paroi 41 comprend une deuxième extrémité intérieure 46 qui délimite une ouverture intérieure 47 annulaire dont un premier rayon extérieur R 4 7 est inférieur à la distance d 22.1 . La gorge 44 possède une profondeur de gorge P 44 et la distance d22.1 est, ici, choisie de manière à ce qu’une pénétration de la plaquette 22.1 dans la gorge 44 soit sensiblement égale à dix pour cent de la profondeur P 44 de la gorge 44, préférentiellement cinquante pour cent. La paroi de fond de gorge 43 comprend un canal 48 qui établit une liaison fluidique entre la gorge 44 et une rainure collectrice 17 du carter 12. Lors du montage de l’arbre 8 dans le carter 12, la bague 40 est introduite dans le carter 12 jusqu’à ce que la paroi 42 vienne en butée contre l’épaulement 16. L’arbre 8 est alors introduit par translation dans le carter 12 parallèlement à l’axe Ax dans un sens allant de l’amont vers l’aval (de la gauche vers la droite selon la représentation de la FIG. 2 ). L’arbre 8 est équipé d’un palier 10 de guidage en rotation de l’arbre 8 relativement au carter 12. Au cours de l’introduction de l’arbre 8 dans le carter 12, l’extrémité 22.11 de la plaquette 22.1 vient au contact de la paroi 41 et subit une déformation élastique qui amène l’extrémité 22.11 dans une configuration déformée dans laquelle l’extrémité 22.11 s’étend à une deuxième distance de l’axe longitudinal Ax qui est sensiblement égale au premier rayon extérieur R47. Une fois que la plaquette 22.1 se trouve à l’aplomb de la gorge 44 elle se redresse et son extrémité 22.11 s’étend alors dans la gorge 44. Les autres plaquettes 22.2 à 22.36 et 23.1 à 23.36 des séries de plaquettes 22 et 23 se comportent identiquement à la plaquette 22.1. La translation de l’arbre 8 relativement au carter 12 est arrêtée lorsque la palier 10 vient en butée contre la bague 40. Le composite élastomère-tissu qui compose les séries de plaquettes 22 et 23 autorise ainsi un passage des séries de plaquettes 22 et 23 au travers de l’ouverture 47 puis un redressement de ces dernières pour s’étendre entre les parois 41 et 42, ce qui permet une amélioration des performances de filtrage de l’huile du dispositif 20 tout en en facilitant le montage. Le dispositif 20 de délimiter deux volumes entre lesquels s’étend une séparation poreuse à l’air mais non poreuse aux particules de d’huile qui sont captées et centrifugées contre la paroi du carter 9. Son montage peut s’effectuer par engagement longitudinal sans nécessiter d’aménagement spécifiques du carter. Les éléments identiques ou analogues à ceux précédemment décrits porteront une référence numérique identique à celle-ci dans la description qui suit d’un deuxième, mode de réalisation de l’invention. Selon un deuxième mode de réalisation représenté en FIG. 3 , la bague 21 comporte une unique portion 24 qui comprend une nappe 25 (ou rangée) de premiers poils 26 et 27 dont une première extrémité extérieure 25.1 s’étend à une distance d 25.1 de l’axe longitudinal Ax. Les premiers poils comprennent des poils 26 à surface oléophobe et des poils 27 à surface oléophile qui sont agencés de manière à éviter la création d’un film continu de liquide dans la nappe 25 de premiers poils 26 et 27. Selon un troisième mode de réalisation représenté en figures 4 et 5, la paroi 41 comprend une première ailette 49 venant en saillie de la paroi 41 pour s’étendre selon une direction qui forme un angle α49 aigu avec l’axe longitudinal Ax. La paroi 42 comprend elle aussi et de manière symétrique une deuxième ailette 50 venant en saillie de la paroi 42 pour s’étendre selon une direction qui forme un angle α50 aigu avec l’axe longitudinal Ax. La paroi de fond 43 comprend, ici, une nervure 51 centrale qui est reliée à la paroi de fond 43 par deux congés 51.1 et 51.2. Deux canaux 52 et 53 relient le fond de gorge 43 ainsi défini à la rainure collectrice 17. Selon un quatrième mode de réalisation représenté en FIG. 6 , la paroi 41 comprend deux nappes 55 et 56 de deuxièmes poils 57. Les deuxièmes poils 57 comprennent des poils 58 à surface oléophobe et des poils 59 à surface oléophile. Identiquement, la paroi 42 comprend deux nappes 60 et 61 de poils 57 qui comprennent des poils à surface oléophobe et des poils à surface oléophile. Les nappes 55, 56, 60 et 61 sont solidaires d’un support 62 poreux placé en fond de gorge 44 et assurent à la fois une captation de l’huile et leur acheminement vers le support 62. La porosité du support 62 transfère l’huile ainsi captée dans la rainure 17 via le canal 48. Le palier à roulement 10 pourrait être remplacé par un palier fluide à liquide dans une enceinte à fluide ambiant gazeux. le dispositif d’étanchéité déshuileur selon l’invention vise principalement à opérer une fonction de pare-goutte/déshuileur, mais une alternative consiste à lui faire assurer une fonction d’étanchéité. Pour cela, lors de la conception, la brosse tournante sera définie, dans la répartition, la densité, la longueur, et l’affinité à l’huile des poils, de sorte à limiter la perméabilité tout en assurant la captation et le guidage des particules d’huiles vers la gorge d’évacuation. Le dispositif 20 comprend alors, selon un cinquième mode de réalisation représenté en FIG. 7 , un joint à brosse tournant 70 dont une troisième extrémité 71 radialement externe vient en contact avec la deuxième paroi 42 de la bague 40. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l’invention telle que définie par les revendications. En particulier, bien qu’ici la première portion soit une plaquette en composite tissu à matrice tissu et fibres de verre, l’invention s’applique également à d’autres types de matériaux pour la première portion, comme par exemple des fibres polymères, en céramique, carbone, métal, un élastomère à chaine carbone ou silicium, voire un métal à haute élasticité ; bien qu’ici la première paroi comprenne deux rangées de poils, l’invention s’applique également à un nombre différents de rangées de poils comme par exemple une nappe ou plus de deux ; I la bague intérieure est montée solidaire à l’arbre, à l’aide de liaison par frettage, collage ou vissage ; bien qu’ici la première portion soit une plaquette en composite élastomère-comprenant un renfort en tissu armant un matrice élastomère, l’invention s’applique également à d’autres types de matériaux pour la première portion, comme par exemple des fibres polymères, en céramique, carbone, métal, un élastomère à chaine carbone ou silicium, voire un métal à haute élasticité. Les plaquettes peuvent être en métal d’une épaisseur et d’un alliage assurant une grande amplitude de déformation élastique ; bien qu’ici l’ouverture intérieure soit circulaire de premier rayon, l’invention s’applique également à d’autres types d’ouvertures intérieures comme par exemple des ouvertures carrés, triangulaires ou polygonales. La plus petite distance de passage correspond à la distance considérée dans un plan radial et qui sépare l’axe de la portion de première paroi la plus proche de l’axe ; bien qu’ici la rangé de plaquette soit une rangée double , l’invention s’applique également à des rangées de plaquettes comprenant plus de deux séries de plaquettes, comme par exemple une rangée triple ou quadruple de plaquettes ; bien qu’ici les séries de plaquettes comprennent trente-six plaquettes sous la forme de secteurs d’amplitude sensiblement égale à dix degrés, l’invention s’applique également à d’autres types de séries de plaquettes comme par exemple comme par exemple des séries qui comprendrait des plaquettes dont l’amplitude serait comprise entre cinq et vingt-cinq degrés selon les diamètres de l’arbre et de l’enceinte, leur nombre étant ajusté pour sensiblement couvrir- -aux espaces entre plaquettes près- un secteur total de trois-cent soixante degrés. Dispositif d’étanchéité déshuileur tournant (20) comprenant un premier élément (21) monté à rotation autour d’un axe longitudinal (Ax) relativement à un deuxième élément (40), dans lequel l’un des premier et deuxième éléments (21, 40) comprend une première portion (24) s’étendant radialement depuis l’axe longitudinal (Ax) et dont une première extrémité extérieure (22.11, 25.1) s’étend à une première distance (d22.1) de l’axe longitudinal (Ax), et l’autre des premier et deuxième éléments (21, 40) comprend une bague (40) comprenant une première paroi radiale (41) dont une deuxième extrémité intérieure (46) délimite une ouverture intérieure (47) dont une plus petite distance de passage (R47) est inférieure à la première distance (d22.1), dans lequel la première portion (24) est réalisée dans un matériau choisi de manière à autoriser une déformation élastique de la première portion (24) amenant à une configuration déformée dans laquelle la première extrémité (22.11, 25.1) s’étend à une deuxième distance de l’axe longitudinal (Ax) qui est sensiblement égale à la plus petite distance de passage (R47). .Dispositif d’étanchéité déshuileur tournant (20) selon la revendication 1, dans lequel la première portion (24) comprend une première double rangée de plaquettes (22, 23) et/ou une première nappe (25) de premiers poils (26, 27). Dispositif d’étanchéité déshuileur tournant (20) selon la revendication 3, dans lequel la première paroi (41) comprend au moins une deuxième nappe (55, 56, 60, 61) de deuxièmes poils (58, 59). Dispositif d’étanchéité déshuileur tournant selon la revendication 3 ou 4, dans lequel les premiers poils (26, 27) et/ou les deuxièmes poils (58, 59) comprennent des poils à surface oléophobe et des poils à surface oléophile. Dispositif d’étanchéité déshuileur tournant (20) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la bague (40) comprend également une deuxième paroi radiale (42) qui définit avec la première paroi (41) une gorge (44) de réception de la première portion (24) comprenant une troisième paroi (43) de fond de gorge (44). Dispositif d’étanchéité déshuileur tournant (20) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première paroi (41) comprend une ailette (49) venant en saillie de la première paroi (41) et s’étendant à l’intérieur de la gorge selon une direction formant un angle (α49) aigu avec l’axe longitudinal (Ax). Dispositif d’étanchéité déshuileur tournant (20) selon la revendication 5, dans lequel la troisième paroi (43) comprend une nervure (51). Dispositif d’étanchéité déshuileur tournant (20) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un joint à brosse tournant (70) dont une troisième extrémité (71) radialement externe vient en contact avec la bague (40). Turbomachine (1) comprenant un carter (12) et un dispositif d’étanchéité déshuileur tournant (20) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un rotor (8) de la turbomachine (1) est relié au premier élément (21) et le deuxième élément (40) est relié au carter (12), le carter (12) comprenant un logement d’accueil d’un palier (10) du rotor (8).