FR3011585A1 - Assemblage pour turbomachine d'aeronef comprenant une bague frettee de maintien axial d'un joint a brosse - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un assemblage (1) pour turbomachine d'aéronef comprenant un élément de stator (2) ainsi qu'un joint à brosse (4), l'élément de stator disposant d'un alésage (20) dans lequel est logé le joint à bosse, l'assemblage comportant une bague (30) frettée dans l'alésage, la bague assurant le maintien axial du joint à brosse (4) contre une première face d'appui (22) de l'élément de stator (2).

Description

ASSEMBLAGE POUR TURBOMACHINE D'AERONEF COMPRENANT UNE BAGUE FRETTEE DE MAINTIEN AXIAL D'UN JOINT A BROSSE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte au domaine des turbomachines d'aéronef, et plus particulièrement au domaine général des dispositifs d'étanchéité destinés à réduire les sections de passage entre différentes cavités d'une turbomachine. Elle concerne plus spécifiquement les joints à brosse, généralement interposés entre un élément de stator et un élément de rotor de la turbomachine. L'invention s'applique à tout type de turbomachines d'aéronef, telles que les turboréacteurs et les turbopropulseurs. Plus préférentiellement, l'invention s'applique à un turboréacteur double corps et double flux. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Dans le domaine des turbomachines, il existe différents types de systèmes d'étanchéité pour assurer l'étanchéité au niveau de parties chaudes des turbomachines. Par exemple, des documents FR 2 918 144 et FR 2 967 748, il est connu des joints dits à brosse, qui présentent une pluralité de poils ou fils, par exemple en carbone, qui sont sertis ou soudés et maintenus dans un logement à l'une de leurs extrémités et qui sont en contact, à leurs extrémités libres, avec la surface de la partie à étancher de la turbomachine. De tels joints à brosse peuvent permettre de s'adapter aux variations de jeu que subissent les dispositifs d'étanchéité. En effet, les poils d'un joint à brosse peuvent s'adapter par construction aux surfaces déformées ou discontinues de la partie à étancher.

Généralement, un tel joint à brosse est donc muni de poils en carbone et désigné encore par l'expression « joint à brosse carbone ». Il comporte une âme torique ainsi qu'une jupe s'étendant autour de l'âme torique et des poils en carbone. La jupe est généralement maintenue axialement entre une face d'appui d'un élément de stator, et, du côté opposé à cette face, des moyens d'arrêt axial rapportés sur l'élément de stator. Habituellement, ces moyens d'arrêt prennent la forme d'un anneau d'arrêt élastique inséré dans une gorge pratiquée dans l'alésage de l'élément de stator recevant le joint, et d'une cale ajustée insérée axialement entre l'anneau et la jupe. Cependant, avec cette technique, la pression axiale sur le joint à brosse est difficilement maîtrisable. En particulier en raison des tolérances de fabrication et des jeux de montage, il s'avère parfois nécessaire de choisir la cale adaptée parmi un jeu de cales d'épaisseurs différentes. Cela nécessite donc de provisionner des cales de plusieurs dimensions, alors que dans l'industrie aéronautique, il existe un besoin constant de réduction du nombre de pièces. En outre, en cas de mauvais choix de l'épaisseur de cale, l'étanchéité au niveau de la jupe peut être dégradée, ce qui entraîne une diminution des performances globales d'imperméabilité du joint. Enfin, si le maintien axial s'avère réellement insuffisant, il existe un risque de mise en rotation du joint à brosse, avec un éventuel endommagement de ce joint et/ou des pièces environnantes. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a ainsi pour but de remédier au moins partiellement aux besoins mentionnés ci-dessus et aux inconvénients relatifs aux réalisations de l'art antérieur. Pour ce faire, l'invention a tout d'abord pour objet un assemblage pour turbomachine d'aéronef comprenant un élément de stator ainsi qu'un joint à brosse, l'élément de stator disposant d'un alésage dans lequel est logé le joint à bosse, l'assemblage comportant une bague frettée dans ledit alésage, la bague frettée assurant le maintien axial du joint à brosse contre une première face d'appui de l'élément de stator. L'invention est avantageuse en ce qu'elle permet de réduire le nombre de pièces nécessaires au montage, facilite les opérations de montage, permet de mieux maîtriser la pression axiale sur le joint, et limite les risques de rotation du joint dans son alésage. L'invention présente une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, prises isolément ou en combinaison.

Ledit joint à brosse comporte une âme torique, des poils entourant l'âme torique, ainsi que des moyens de serrage des poils autour de l'âme torique. Selon un premier mode de réalisation préféré, lesdits moyens de serrage prennent la forme d'une jupe dont une première portion est en appui axial contre la première face d'appui de l'élément de stator, et dont une seconde portion opposée à la première est en appui axial contre une seconde face d'appui de ladite bague frettée. Ici, la bague frettée présente de préférence une portion d'appui en saillie axialement à partir de la seconde face d'appui, cette portion d'appui étant au contact de la jupe au niveau d'une portion radialement intérieure de celle-ci, située intérieurement par rapport à l'âme torique du joint à brosse. Selon un second mode de réalisation préféré, lesdits moyens de serrage comprennent un orifice annulaire pratiqué dans ladite bague frettée, les poils et l'âme torique étant logés dans l'orifice annulaire présentant une ouverture radiale pour le passage des poils.

Ici, l'orifice annulaire présente une section transversale de forme générale circulaire. La bague comporte un corps de bague dont la surface extérieure adhère à l'alésage de l'élément de stator, ainsi qu'un capot solidaire du corps et de préférence réalisé d'une seule pièce avec ce corps, ledit capot étant en appui axial contre ladite première face d'appui de l'élément de stator, ledit orifice annulaire étant défini entre une face intérieure du capot et une face intérieure du corps de bague. L'invention a également pour objet un joint à brosse pour turbomachine d'aéronef constitué d'une âme torique, de poils entourant l'âme torique, ainsi que de moyens de serrage des poils autour de l'âme torique, ces moyens de serrage étant une bague constituée d'un corps de bague ainsi que d'un capot solidaire du corps de bague et définissant avec celui-ci un orifice annulaire dans lequel sont logés les poils et l'âme torique, la surface extérieure du corps de bague étant cylindrique de section circulaire, centrée sur l'axe du joint à brosse. L'invention a également pour objet une turbomachine d'aéronef comprenant au moins un tel assemblage.

Enfin, l'invention a pour objet un procédé de montage d'un tel assemblage, ledit alésage étant chauffé et/ou la bague étant refroidie de manière à permettre son insertion dans l'alésage. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en oeuvre non limitatifs de celle-ci, ainsi qu'a l'examen des figures, schématiques et partielles, sur lesquelles : - la figure 1 représente, en demi-coupe axiale, un assemblage pour turbomachine d'aéronef selon un premier mode de réalisation préféré de l'invention ; et - la figure 2 représente, en demi-coupe axiale, un assemblage pour turbomachine d'aéronef selon un second mode de réalisation préféré de l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS En référence tout d'abord à la figure 1, il est représenté un assemblage pour turbomachine d'aéronef selon un premier mode de réalisation préféré de l'invention. L'assemblage 1 comporte un élément de stator 2 équipé d'un joint à brosse 4, destiné à contacter un élément de rotor 6. Aussi, le joint 4 participe à la délimitation, de part et d'autre de celui-ci, d'une première cavité 8a et d'une seconde cavité 8b entre lesquelles une étanchéité est recherchée. A titre d'exemple indicatif, les deux éléments 2, 6 peuvent respectivement être un capot boulonné à un carter structural fixe traversé par une ligne d'arbre de transmission de puissance. Les poils de la nappe convergent vers le centre de l'axe de rotation de l'arbre. Il est également possible d'appliquer le système sur un moyeu fixe central, traversant un tourillon en rotation. Pour ce dernier cas, la nappe de poil serait divergente à l'axe de rotation du tourillon, puisque tourné radialement vers l'extérieur. De manière conventionnelle, la section représentée correspond à une portion du système qui est pleinement axisymétrique autour d'un axe 12, correspondant à l'axe longitudinal de la turbomachine. Le joint à brosse 4 présente ici une âme torique 10 centrée sur l'axe 12. Il comporte également une pluralité de poils 14, par exemple en carbone, disposés autour de l'âme 10. Des moyens de serrage permettent de plaquer les poils 14 contre l'âme. Ces moyens sont ici une jupe 16 qui s'étend également autour de l'axe 12. En section transversale, la jupe présente une portion radialement extérieure en forme globale de cercle non fermé, aux extrémités desquelles deux pattes de serrage 18 s'étendent radialement vers l'intérieur en direction de l'axe 12, parallèlement l'une à l'autre. Entre ces deux pattes 18, les poils 14 sont enserrés axialement. Comme cela a été schématisé sur la figure 1, chaque poil 14 peut présenter deux extrémités opposées, toutes les deux au contact de l'élément de rotor 6 et s'enroulant autour de l'âme torique 10. De ce fait, la partie 17 en forme générale de cercle de la jupe 16 plaque la partie centrale de chaque poil contre l'âme 10, tandis que les parties des poils situées radialement vers l'intérieur par rapport à cette âme 10 sont plaquées axialement les unes contre les autres par les deux pattes parallèles 18. De manière connue, les parties des poils situées en saillie vers l'intérieur à partir des pattes 18 peuvent se déformer tout en continuant d'assurer l'étanchéité entre les deux cavités 8a, 8b. De ce fait, l'étanchéité est préservée même en cas de déplacement relatif entre l'élément de stator 2 et l'élément de rotor 6, ce déplacement relatif pouvant par exemple provenir d'une dilatation thermique différentielle sous contrainte thermique.

L'élément de stator 2 présente un alésage 20 centré sur l'axe 12, et logeant le joint à brosse 4. A partir de cet alésage 20, l'élément 2 comporte une première face d'appui 22 s'étendant radialement vers l'intérieur. Aussi, une première portion 16a de la jupe 16 se situe en appui axial contre cette première face 22 sensiblement orthogonale à l'axe 12. Du côté opposé sur le joint, la jupe comporte une seconde portion 16b en appui axial contre une seconde face d'appui 26 prévue sur une bague frettée 30 spécifique à la présente invention. Il est noté que les deux portions opposées 16a, 16b correspondent à des portions de la jupe 16 situées au niveau de la partie en forme générale de cercle 17. Elles sont agencées symétriquement par rapport à un plan transversal de symétrie des deux pattes 18.

L'assemblage 1 comporte donc une bague 30 frettée dans l'alésage 20 formant une frette, cette bague étant centrée sur l'axe 12. En d'autres termes, le maintien axial de la bague 30 sur l'élément de stator 2 est obtenu par un ajustement serré des deux pièces, au niveau de l'alésage 20.

La bague frettée 30 comporte donc un diamètre extérieur sensiblement identique à celui de l'alésage 20, et son diamètre intérieure est suffisamment important pour permettre le passage de l'élément de rotor 6. Comme indiqué ci-dessus, à côté du joint 4, la bague 30 présente la seconde face d'appui axial 26, qui est sensiblement plane et orthogonale à l'axe 12. Au niveau d'une partie intérieure de cette face annulaire 26, la bague présente une portion d'appui 32 en saillie axialement en direction du joint. Cette portion d'appui 32 est au contact de l'une des deux pattes 17, pour renforcer le serrage axial procuré par celles-ci. De l'autre côté de la bague frettée 30, à l'opposé de la portion d'appui 32 dans la direction axiale, cette bague comporte une face extérieure 34 de préférence entièrement plane, centrée sur l'axe 12 et orthogonale à ce même axe. Cette face 34 peut ainsi se trouver sensiblement dans la continuité radiale de la surface extérieure 36 de l'élément 2 au niveau de laquelle débouche l'alésage 20. A titre indicatif, il est noté qu'au niveau de l'alésage 20, l'épaisseur « E » de la bague 30, correspondant à la longueur de frettage, est de préférence comprise entre 0,5 et 1,5 fois la largeur du joint à brosse 4.

Néanmoins, cette épaisseur « E)> peut varier en fonction de multiples paramètres couplés tels que les propriétés thermomécaniques du système confrontés à ceux du stator et du rotor, des propriétés tribologiques des surfaces en contact, ainsi que le potentiel de compression du joint qui est associé en partie à son élancement géométrique. Pour le montage du joint 4 sur l'élément de stator 2, il est procédé aux étapes suivantes. Tout d'abord, le joint 4 est inséré dans l'alésage 20 depuis la surface 36, par coulissement axial. Seul un jeu de montage peut être prévu entre ces deux pièces. Ensuite, la partie de l'élément 2 définissant l'alésage 20 est chauffée pour être dilatée, tandis que la bague 30 est refroidie pour se rétracter. Cette dernière peut alors être insérée dans l'alésage 20, toujours par coulissement axial suivant la direction de l'axe 12.

L'introduction est stoppée lorsque les deux faces 34, 36 sont sensiblement coplanaires, ce qui garantit un niveau de serrage axial prédéterminé du joint 4 entre la bague 30 et la face d'appui 22 de l'élément 2. Après retour des pièces à la température ambiante, les pièces sont alors maintenues par la friction résultant du montage par frettage. Au besoin, il est noté que le démontage peut être envisagé en détruisant la bague 30 formant cale de serrage, grâce par exemple à un usinage radial prévu sur la bague et qui est capable de se briser sous les contraintes radiales de frettage. En référence à présent à la figure 2, il est représenté un assemblage pour turbomachine d'aéronef selon un second mode de réalisation préféré de l'invention. Ce second mode présente de nombreuses similitudes avec le premier et, sur les figures, les pièces portant les mêmes références numériques correspondent à des pièces identiques ou similaires. Le second mode de réalisation diffère essentiellement du premier mode de réalisation en ce que la bague frettée et la jupe sont fusionnées pour faire partie intégrante du joint à brosse. En effet, la bague 30 présente ici un corps de bague 30a correspondant sensiblement à la bague du premier mode de réalisation. C'est donc ce corps de bague 30a qui est fretté dans l'alésage 20, et qui présente une face 34 se trouvant dans la continuité radiale de la surface 36 de l'élément 2. Cependant, la face intérieure 40 du corps de bague 30a, opposée à la face 34, remplit une partie de la fonction de la jupe du premier mode, puisqu'elle participe au serrage des poils 14 contre l'âme torique 10. En effet, à partir du corps de bague 30a, la bague 30 comporte un capot 42 en forme de demi-jupe et présentant une face intérieure 44 délimitant avec la face intérieure 40 un orifice annulaire 46 dans lequel les poils 14 sont logés serrés contre l'âme 10. Bien entendu, l'orifice annulaire 46, centré sur l'axe 12, présente une ouverture radiale 50 vers l'intérieur permettant le passage des poils 14 en direction de l'élément de rotor 6. Le capot 42 comprend une première portion 16a située en appui axial contre la première face 22 de l'élément de stator 2, cette portion 16a présentant une forme générale de C et se prolongeant par une patte radiale 18 orientée intérieurement vers l'axe 12. La face intérieure 40 du corps 30a présente une géométrie symétrique de la face intérieure 44 définie par la portion en forme de C 16a et par la patte 18 du capot 42 en forme de demi-jupe, qui dispose quant à elle d'une épaisseur sensiblement constante. Comme évoqué précédemment, le capot 42 et le corps de bague 30a sont de préférence réalisés d'un seul tenant, même si une solution rapportée pourrait être envisagée, sans sortir du cadre de l'invention. Avec ce second mode de réalisation préféré, le procédé de montage est encore davantage simplifié car la bague 30 est insérée dans l'alésage 20 simultanément avec les autres pièces du joint 4 dont elle fait partie intégrante. Le joint 4 constitué de la bague 30, des poils 14 et de l'âme torique 10 prend alors la forme d'une cartouche facilement montable sur l'élément de stator 2, par frettage du corps de bague 30a dont la surface extérieure est cylindrique de section circulaire, de géométrie complémentaire de celle de l'alésage 20 avec lequel elle coopère. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier à l'invention qui vient d'être décrite, uniquement à titre d'exemples non limitatifs.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Assemblage (1) pour turbomachine d'aéronef comprenant un élément de stator (2) ainsi qu'un joint à brosse (4), l'élément de stator disposant d'un alésage (20) dans lequel est logé le joint à bosse, caractérisé en ce qu'il comporte une bague (30) frettée dans ledit alésage (20), la bague frettée assurant le maintien axial du joint à brosse (4) contre une première face d'appui (22) de l'élément de stator (2).
2. 2. Assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit joint à brosse (4) comporte une âme torique (10), des poils (14) entourant l'âme torique, ainsi que des moyens de serrage (16, 30a, 42) des poils autour de l'âme torique.
3. 3. Assemblage selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de serrage prennent la forme d'une jupe (16) dont une première portion (16a) est en appui axial contre la première face d'appui (22) de l'élément de stator (2), et dont une seconde portion (16b) opposée à la première est en appui axial contre une seconde face d'appui (26) de ladite bague frettée (30).
4. 4. Assemblage selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite bague frettée (30) présente une portion d'appui (32) en saillie axialement à partir de la seconde face d'appui (26), cette portion d'appui étant au contact de la jupe (16) au niveau d'une portion (18) radialement intérieure de celle-ci, située intérieurement par rapport à l'âme torique (10) du joint à brosse.
5. 5. Assemblage selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de serrage comprennent un orifice annulaire (46) pratiqué dans ladite bague frettée (30), les poils (14) et l'âme torique (10) étant logés dans l'orifice annulaire présentant une ouverture radiale (50) pour le passage des poils (14).
6. 6. Assemblage selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'orifice annulaire (46) présente une section transversale de forme générale circulaire.
7. 7. Assemblage selon la revendication 5 ou la revendication 6, caractérisé en ce que ladite bague (30) comporte un corps de bague (30a) dont la surface extérieure adhère à l'alésage (20) de l'élément de stator (2), et un capot (42) solidaire du corps (30a) et de préférence réalisé d'une seule pièce avec ce corps, ledit capot (42) étant en appui axial contre ladite première face d'appui (22) de l'élément de stator, ledit orifice annulaire (46) étant défini entre une face intérieure (44) du capot (42) et une face 10 intérieure (40) du corps de bague (30a).
8. 8. Joint à brosse (4) pour turbomachine d'aéronef constitué d'une âme torique (10), de poils (14) entourant l'âme torique, ainsi que de moyens de serrage des poils autour de l'âme torique, caractérisé en ce que les moyens de serrage sont une 15 bague (30) constituée d'un corps de bague (30a) destiné à être monté par frettage dans un alésage (20) d'un élément de stator (2) de la turbomachine, et un capot (42) solidaire du corps de bague et définissant avec celui-ci un orifice annulaire (46) dans lequel sont logés les poils (14) et l'âme torique (10), la surface extérieure du corps de bague étant cylindrique de section circulaire, centrée sur l'axe (12) du joint à brosse. 20
9. 9. Turbomachine d'aéronef comprenant au moins un assemblage (1) selon l'une quelconquè des revendications 1 à 7.
10. 10. Procédé de montage d'un assemblage (1) selon l'une quelconque des 25 revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit alésage (20) est chauffé et/ou la bague (30) est refroidie de manière à permettre son insertion dans l'alésage (20).