FR3112165A1 - Dispositif abradable d’étanchéité - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne un dispositif abradable (16) d'étanchéité entre une partie de rotor et une partie de stator d’une turbomachine s’étendant selon un axe, le dispositif (16) comprenant au moins une première extrémité (21), radialement interne ou externe, et une seconde extrémité (22) opposée à la première extrémité (21) et apte à coopérer avec au moins une léchette (15) de la partie de rotor ou de la partie de stator, le dispositif (16) comportant des feuillards (19) assemblés les uns aux autres par brasage et s’étendant dans une direction longitudinale, caractérisé en ce qu’au moins un feuillard (19) comporte une première zone (23) ondulée, située du côté de la première extrémité (21) du dispositif (16) et une seconde zone (24) plane s’étendant sur la majorité ou toute la longueur du feuillard (19), située du côté de la seconde extrémité (22) du dispositif (16), les feuillards (19) étant brasés les uns aux autres au niveau de la première zone (23) ondulée uniquement. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 11

Description

Dispositif abradable d’étanchéité
Domaine technique de l’invention
L’invention concerne un dispositif abradable d’étanchéité entre une partie de rotor et une partie de stator d’une turbomachine, telle qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur. La turbomachine est par exemple destinée à équiper un aéronef.
Etat de la technique antérieure
La illustre une turbomachine 1 de l’art antérieur. Celle-ci comprend, d’amont en aval dans le sens d’écoulement des gaz, une soufflante 2, un compresseur basse pression 3, un compresseur haute pression 4, une chambre de combustion 5, une turbine haute pression 6, une turbine basse pression 7 et une tuyère 8 d’échappement des gaz. Le compresseur haute-pression 4 et le compresseur basse-pression 3 sont respectivement reliés à une turbine haute-pression 6 et une turbine basse-pression 7 par un arbre 9 respectif s’étendant selon la direction d’un axe longitudinal X de la turbomachine 1.
Les termes radial, axial et circonférentiel sont définis par rapport à l’axe X de la turbomachine.
Chaque étage de compresseur 3, 4 est formé par une roue mobile amont comprenant une rangée annulaire d’aubes mobiles 10 à l’intérieur d’un carter annulaire externe 11 et un redresseur aval comprenant une rangée annulaire d’aubes fixes 12 par rapport au carter annulaire externe 11. De même, chaque étage de turbine 6, 7 est formé par un distributeur amont comprenant une rangée annulaire d’aubes fixes 12 par rapport au carter annulaire externe 11 et une roue mobile aval comprenant une rangée annulaire d’aubes mobiles 10 à l’intérieur du carter annulaire externe 11.
Chaque rangée annulaire d’aubes mobiles 10 ou d’aubes fixes 12 comprend une plateforme interne 13 et, optionnellement, une plateforme externe 14 délimitant une veine annulaire d’écoulement des gaz à travers le compresseur 3, 4 ou la turbine 6, 7.
Comme représenté en , dans le cas d’une turbine basse pression 7, la face radialement externe de la plateforme externe 14 de chaque aube mobile 10 comprend des léchettes 15 coopérant à étanchéité avec un élément abradable 16 annulaire, monté dans une couronne externe 17. En particulier, la couronne externe 17 d’au moins un étage de la turbine comporte une gorge débouchant radialement vers l’intérieur, dans laquelle est monté l’élément abradable 16. La couronne externe 17 est portée par le carter annulaire externe 11.
Comme représenté en , dans le cas d’un compresseur 4, la face radialement interne de la plateforme interne 13 de chaque rangée annulaire d’aubes fixes 12 comprend une gorge annulaire recevant un élément abradable 16 annulaire. L’élément abradable 16 coopère à étanchéité avec des léchettes 15 de l’arbre 9 de turbomachine 1.
Une telle structure peut également être applicable au cas de la turbine.
L’élément abradable 16 comprend généralement une structure alvéolaire, aussi appelé structure en nid d’abeille, dans laquelle les léchettes 15 pénètrent du fait des dilatations thermiques différentielles et des déformations mécaniques en fonctionnement. Les alvéoles 18 de l’élément abradable 16 sont généralement de forme hexagonale et débouchent radialement vers l’intérieur et radialement vers l’extérieur.
Comme illustré aux figures 4 à 6, l’élément abradable 16, ou dispositif abradable d’étanchéité 16, est classiquement formé à partir d’un empilement de feuillards 19 assemblés les uns aux autres par brasage et s’étendant dans une direction longitudinale. Chaque feuillard 19 est ondulé et comporte une alternance de zones en creux et de zones en saillie formées par des redans ou créneaux de forme hémi-hexagonale. Les feuillards 19 sont assemblés les uns aux autre par brasage au niveau des surfaces planes 20 formées par lesdites ondulations.
Le dispositif d’étanchéité 16 ou chaque feuillard 19 comporte une première extrémité 21, et une seconde extrémité 22 opposée à la première extrémité 21 et apte à coopérer avec la ou les léchettes 15.
Lors de l’assemblage par brasage des feuillards 19 entre eux et au support 13, 17, la brasure est déposée au niveau de la première extrémité 21 des feuillards 19, en particulier au niveau des surfaces planes d’assemblage 20 ( ). Les feuillards 19 subissent ensuite un traitement thermique lors duquel ils sont soumis à une température suffisante pour permettre à la brasure, alors à l’état liquide, de diffuser par capillarité entre les surfaces d’assemblage 20, de la première extrémité 21 vers la seconde extrémité 22 des feuillards 19 ( ). A la fin d’un tel processus de diffusion, la brasure a atteint la seconde extrémité 22 desdites zones planes 20 ( ).
Il s’avère que la présence de brasure au niveau de la seconde extrémité 22 des feuillards 19 génère des points durs qui donnent lieu à des usures importantes des extrémités libres des léchettes 15 coopérant avec un tel dispositif abradable 16. De telles usures affectent l’étanchéité et, par conséquent, le rendement de la turbomachine.
Afin de remédier à un tel inconvénient, le document FR 3 064 669, au nom de la Demanderesse, propose d’écarter les surfaces planes d’assemblage du côté de la seconde extrémité, pour éviter que la brasure puisse progresser par capillarité jusqu’à la seconde extrémité des feuillards. Pour cela, les ondulations peuvent s’écarter progressivement d’un feuillard à l’autre, et de la première extrémité vers la seconde extrémité.
Il s’avère cependant qu’une telle structure peut, en fonction des applications, ne pas permettre de résoudre complètement le phénomène de migration de la brasure par capillarité au niveau de la seconde extrémité.
Présentation de l’invention
L’invention vise à remédier de façon simple, fiable et peu onéreuse, à un tel inconvénient.
A cet effet, l’invention concerne un dispositif abradable d’étanchéité entre une partie de rotor et une partie de stator d’une turbomachine s’étendant selon un axe, le dispositif d'étanchéité comprenant au moins une première extrémité, radialement interne ou externe, et une seconde extrémité opposée à la première extrémité et apte à coopérer avec au moins une léchette de la partie de rotor ou de la partie de stator, le dispositif d’étanchéité comportant des feuillards assemblés les uns aux autres par brasage et s’étendant dans une direction longitudinale, caractérisé en ce qu’au moins un feuillard comporte une première zone ondulée, située du côté de la première extrémité du dispositif et une seconde zone plane s’étendant sur la majorité ou toute la longueur du feuillard, située du côté de la seconde extrémité du dispositif, les feuillards étant brasés les uns aux autres au niveau de la première zone ondulée uniquement.
La longueur du feuillard est sa dimension dans la direction longitudinale dudit feuillard.
Le terme « majorité de la longueur » signifie qu’au moins 50% de la longueur de la seconde zone du feuillard est plane.
De cette manière, les secondes zones planes des feuillards sont largement écartées les unes des autres, ce qui permet de garantir que la brasure déposée au niveau de la première extrémité ne diffuse par capillarité jusqu’à la seconde extrémité. On évite ainsi le phénomène de point dur au niveau de la seconde extrémité des feuillards et du dispositif, de manière à limiter l’usure de la ou des léchettes correspondantes.
Chaque feuillard peut comporter une première zone ondulée, située du côté de la première extrémité du dispositif, et une seconde zone plane s’étendant sur la majorité ou toute la longueur du feuillard, située du côté de la seconde extrémité du dispositif, les feuillards étant brasés les uns aux autres au niveau de la première zone ondulée uniquement.
En d’autres termes, tous les feuillards du dispositif ont une structure similaire.
Le ou chaque feuillard peut comporter une zone de transition reliant la première zone ondulée et la seconde zone plane.
La zone de transition peut comporter des surface planes et/ou des surfaces courbes, par exemple des congés concave ou convexe.
Les ondulations de la première zone peuvent être de forme hémi-hexagonale, lesdites ondulations comportant chacune des surfaces planes d’assemblage par brasage, parallèles au plan de la seconde zone.
Une forme hémi-hexagonale est une forme de moitié d’hexagone. Une telle forme est connue de l’art antérieur, de même que l’assemblage par brasage au niveau des surfaces planes d’assemblage.
La première zone peut s’étendre sur une distance comprise entre 20 et 50% de la hauteur du feuillard.
On définit la hauteur comme la dimension radiale entre la première extrémité et la seconde extrémité du feuillard.
La seconde zone peut s’étendre sur une distance comprise entre 20 et 50% de la hauteur du feuillard.
La zone de transition peut s’étendre sur une distance comprise entre 20 et 50% de la hauteur du feuillard.
Chaque feuillard peut être métallique. Chaque feuillard peut par exemple être réalisé dans un alliage à base de nickel, tel par exemple qu’un alliage de type Ha214®.
Chaque feuillard peut être obtenu par déformation d’un feuillard plan, en particulier au niveau de la première zone et de la zone de transition dudit feuillard.
La distance entre les secondes zones planes de deux feuillards adjacents peut être supérieure à 0,4 mm. Cette distance est par exemple comprise entre 0,5 et 2 mm, par exemple de l’ordre de 0,8 mm ou de 1,6mm, en fonction des besoins. Dans le cas d’une ondulation de forme hémi-hexagonale, cette distance est égale à la dimension d’une alvéole hexagonale formée par l’assemblage de deux feuillards.
L’invention concerne également une turbomachine comportant au moins une partie de rotor et une partie de stator, des moyens d’étanchéité dynamique entre ladite partie de rotor et ladite partie de stator, lesdits moyens d’étanchéité dynamique comportant au moins une léchette s’étendant depuis la partie de rotor ou de stator et coopérant avec au moins un dispositif abradable d’étanchéité du type précité, ledit dispositif étant monté sur la partie de stator ou de rotor.
La partie de rotor et la partie de stator peuvent appartenir à un compresseur ou à une turbine de la turbomachine.
Brève description des figures
est une demie vue en coupe axiale d’une turbomachine de l’art antérieur,
est une vue en coupe axiale d’une partie d’une turbine de l’art antérieur,
est une vue en coupe axiale d’une partie d’un compresseur de l’art antérieur,
est une vue en perspective illustrant plusieurs feuillards d’un dispositif abradable d’étanchéité de l’art antérieur,
est une vue en perspective illustrant lesdits feuillards assemblés,
est une vue de dessus du dispositif d’étanchéité de l’art antérieur,
,
et
sont des vues illustrant plusieurs étapes successives du procédé de brasage des feuillards conformément à l’art antérieur,
est une vue schématique en perspective, d’une partie d’un feuillard d’un dispositif selon une forme de réalisation de l’invention,
est une vue de dessus illustrant une partie du dispositif selon l’invention,
est une vue schématique d’un feuillard selon une première forme de réalisation,
est une vue schématique d’un feuillard selon une deuxième forme de réalisation,
est une vue schématique d’un feuillard selon une troisième forme de réalisation.
Description détaillée de l’invention
La illustre un feuillard 19 destiné à la réalisation d’un dispositif abradable d’étanchéité 16 selon une forme de réalisation de l’invention. Celui-ci est métallique, par exemple en un alliage à base de nickel, tel par exemple qu’un alliage de type Ha214®.
Le feuillard 19 comporte une première zone ondulée 23, située du côté d’une première extrémité 21, une seconde zone plane 24, située du côté d’une seconde extrémité 22, opposée à la première extrémité 21, et une zone de transition 25 reliant la première zone 23 à la seconde zone 24. La seconde zone 24 est entièrement plane, c’est-à-dire s’étendant selon un unique plan sur toute la dimension longitudinale du feuillard 19. La direction longitudinale A2 du feuillard 19 est ici perpendiculaire à la direction radiale A1.
Les ondulations de la première zone 23 sont de forme hémi-hexagonale. La zone de transition 25 est formée de surfaces planes et/ou de surfaces courbes par exemple concaves ou convexes, reliant les différentes surfaces planes de la première zone 23 à la seconde zone 24.
La première zone 23 comporte des surfaces d’assemblage planes, à avoir des surfaces 20a et des surfaces 20b parallèles et décalées les unes des autres. Les surfaces 20b s’étendent dans le plan de la seconde zone 24. Les surfaces 20a sont ainsi décalées selon la direction A3, par rapport au plan de la seconde zone 24 du feuillard 19 correspondant. Les surfaces 20a d’un feuillard 19 sont brasées aux surfaces 20b d’un feuillard 19 adjacent, de manière à former ensemble des alvéoles hexagonales 18 dans la première zone 23, comme illustré à la .
La première zone 23 et la seconde zone 24 sont formées par déformation d’un feuillard plan.
La première zone 23 peut s’étendre suivant la direction A1 sur une distance comprise entre 20 et 50% de la hauteur H du feuillard 19, par exemple sur un tiers de la hauteur H du feuillard 19.
La seconde zone 24 peut s’étendre suivant la direction A1 sur une distance comprise entre 20 et 50% de la hauteur H du feuillard 19, par exemple sur un tiers de la hauteur H du feuillard 19.
La zone de transition 25 peut s’étendre suivant la direction A1 sur une distance comprise entre 20 et 50 % de la hauteur H du feuillard 19, par exemple sur un tiers de la hauteur H du feuillard 19.
La distance d suivant la direction A3 entre les secondes zones planes 24 de deux feuillards 19 adjacents peut être supérieure à 0,4 mm. Cette distance d est par exemple comprise entre 0,5 et 2 mm, par exemple de l’ordre de 0,8 mm ou 1,6 mm. Cette distance d est égale à la dimension de chaque alvéole hexagonale 18 formée par l’assemblage de deux feuillards 19. Les alvéoles 18 du dispositif 16 sont de mêmes dimensions.
Les secondes zones planes 24 des feuillards 19 sont largement écartées les unes des autres, ce qui permet de garantir que la brasure déposée au niveau de la première extrémité 21 ne diffuse par capillarité jusqu’à la seconde extrémité 22. On évite ainsi le phénomène de point dur au niveau de la seconde extrémité 22 des feuillards 19 et du dispositif 16, de manière à limiter l’usure de la ou des léchettes 15 correspondantes.
La forme de réalisation de chaque feuillard 19 peut varier en fonction des applications. La illustre schématiquement un feuillard 19 dans lequel les ondulations ou redans de la zone 23 sont orientés vers une première direction D1 par rapport à la zone plane 24. En d’autres termes, les surfaces 20a sont décalées par rapport aux surfaces 20b, 24 dans ladite première direction D1.
La illustre schématiquement une autre forme de réalisation dans laquelle le feuillard 19 comporte des ondulations ou redans de la zone 23 orientés vers une seconde direction D2 par rapport à la zone plane 24, opposée à la première direction D1. En d’autres termes, les surfaces 20a sont décalées par rapport aux surfaces 20b, 24 dans ladite seconde direction D2.
La illustre schématiquement une autre forme de réalisation dans laquelle le feuillard 19 comporte des ondulations ou redans de la zone 23 centrés par rapport au plan de la zone 24. En d’autres termes, les surfaces 20a sont décalées par rapport au plan de la zone médiane 24 dans la première direction D1, les surfaces 20b étant décalées par rapport au plan de la zone 24 dans la seconde direction D2.

Claims (9)

  1. Dispositif abradable (16) d'étanchéité entre une partie de rotor et une partie de stator d’une turbomachine s’étendant selon un axe, le dispositif (16) comprenant au moins une première extrémité (21) et une seconde extrémité (22) opposée à la première extrémité (21) et apte à coopérer avec au moins une léchette (15) de la partie de rotor ou de la partie de stator, le dispositif (16) comportant des feuillards (19) assemblés les uns aux autres par brasage et s’étendant dans une direction longitudinale, caractérisé en ce qu’au moins un feuillard (19) comporte une première zone (23) ondulée, située du côté de la première extrémité (21) du dispositif (16) et une seconde zone (24) plane s’étendant sur la majorité ou toute la longueur du feuillard (19), située du côté de la seconde extrémité (22) du dispositif (16), les feuillards (19) étant brasés les uns aux autres au niveau de la première zone (23) ondulée uniquement.
  2. Dispositif (16) selon la revendication 1, dans lequel chaque feuillard (19) comporte une première zone (23) ondulée, située du côté de la première extrémité (21) du dispositif (16), et une seconde zone (24) plane s’étendant sur la majorité ou toute la longueur du feuillard (19), située du côté de la seconde extrémité (22) du dispositif (16), les feuillards (19) étant brasés les uns aux autres au niveau de la première zone (23) ondulée uniquement.
  3. Dispositif (16) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le ou chaque feuillard (19) comporte une zone de transition (25) reliant la première zone (23) ondulée et la seconde zone (24) plane.
  4. Dispositif (16) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les ondulations de la première zone (23) sont de forme hémi-hexagonale, lesdites ondulations comportant chacune des surfaces planes (20a, 20b) d’assemblage par brasage, parallèles au plan de la seconde zone (24).
  5. Dispositif (16) selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la première zone (23) s’étend sur une distance comprise entre 20 et 50% de la hauteur (H) du feuillard (19).
  6. Dispositif (16) selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la seconde zone (24) s’étend sur une distance comprise entre 20 et 50% de la hauteur (H) du feuillard (19).
  7. Dispositif (16) selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la zone de transition (25) s’étend sur une distance comprise entre 20 et 50% de la hauteur (H) du feuillard (19).
  8. Dispositif (16) selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la distance (d) entre les secondes zones (24) planes de deux feuillards (19) adjacents est supérieure à 0,4 mm.
  9. Turbomachine comportant au moins une partie de rotor et une partie de stator, des moyens d’étanchéité dynamique entre ladite partie de rotor et ladite partie de stator, lesdits moyens d’étanchéité dynamique comportant au moins une léchette (15) s’étendant depuis la partie de rotor ou de stator et coopérant avec au moins un dispositif (16) abradable d’étanchéité selon l’une des revendications 1 à 8, ledit dispositif (16) étant monté sur la partie de stator ou de rotor.
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