UN JOINT A BROSSE

DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE

La présente invention se rapporte au domaine des turbomachines, 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 un ensemble formant joint d'étanchéité, une partie statorique et une turbomachine comportant un tel ensemble, ainsi qu'un procédé de montage associé.

L'invention s'applique à tout type de turbomachines terrestres ou aéronautiques, et notamment aux turbomachines d'aéronef telles que les turboréacteurs et les turbopropulseurs. Plus préférentiellement, l'invention peut s'appliquer 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.

On connaît, par exemple des brevets US 4,781,388, US 5,480,162 et US 6,170,831, les joints dits à brosse, qui sont constitués d'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.

Les demandes de brevet US 2010/0327536 et US 2011/0018204 décrivent encore d'autres exemples de joints à brosse sur lesquels des parties structurelles de la machine sont en appui. A titre d'exemple, on a représenté sur la figure 1, en coupe transversale sur la partie de gauche et en vue de face sur la partie de droite, un exemple d'un tel joint à brosse 1, muni de poils 4 en carbone (désigné encore par « joint à brosse carbone »). Le joint à brosse carbone 1 comporte une âme torique 2 dans une zone torique 3 du joint à brosse carbone 1, et une jupe 5 s'étendant autour de l'âme torique 2 et des poils 4 en carbone. Les poils 4 sont enfermés dans un feuillard 6 de faible épaisseur, de l'ordre de 0,1 à 0,3 mm. Par ailleurs, la zone torique 3 peut être formée d'un seul tenant à l'aide de la jupe 5 ou en plusieurs parties à l'aide d'un capot 7 recouvrant la jupe 5, éventuellement discontinue, comme illustré respectivement sur les figures 2A et 2B.

Les procédés actuels de fabrication et de montage d'un tel joint à brosse carbone 1 sur la turbomachine ne sont pas entièrement satisfaisants. En effet, la fabrication et le montage du joint à brosse peuvent entraîner des défauts géométriques importants, notamment des faux-ronds et des défauts d'excentricité, qui ne permettent pas d'assurer un bon fonctionnement du joint à brosse et donc d'obtenir une étanchéité correcte.

En particulier, le joint à brosse carbone 1 obtenu est beaucoup trop souple pour permettre d'assurer une bonne concentricité entre notamment le diamètre intérieur de la jupe 5 et le diamètre intérieur des poils 4, entre le diamètre extérieur du joint à brosse 1 et le diamètre intérieur de la jupe 5, et entre le diamètre extérieur du joint à brosse 1 et le diamètre intérieur des poils 4. De plus, le joint à brosse 1 se retrouve généralement « ovalisé » (on parle de « faux-rond ») dans des proportions souvent inacceptables.

Lors du montage sur la turbomachine 10, le joint à brosse 1 est introduit dans un alésage 8, puis écrasé au moyen d'une plaque de compression 9, solidarisée au stator par un élément de fixation 11, par application d'une force prévue pour empêcher la rotation du joint à brosse 1, comme illustré schématiquement sur la figure 3.

La perméabilité et la résistance à l'usure du joint à brosse 1 dépendent essentiellement de la bonne maîtrise de paramètres géométriques tels que la zone d'interférence 12 entre les poils 4 et la piste 13 de la partie à étancher, et la zone de contact 14 entre la bague arrière 15 de la plaque de compression 9 et la jupe 5. Or, les défauts déjà importants du joint à brosse 1, avant montage, sont amplifiés par sa déformation, après montage. Il en résulte une interférence entre les poils 4 et la piste 13, et un jeu J de bague arrière 15 avec la jupe 5, qui ne sont pas bien maîtrisés et ne permettent pas au joint à brosse 1 d'assurer une bonne étanchéité.

Plus précisément, en configuration normale comme illustré sur la figure 4A, la bague arrière 15 de la plaque de compression 9 est en contact avec la jupe 5 du joint à brosse 1. Le jeu J entre la bague 15 et le diamètre extérieur de la piste 13 peut permettre de régler la perméabilité du joint à brosse 1 en autorisant un fléchissement des poils 4 plus ou moins important sous pression d'air. Or, en configuration anormale comme illustré sur la figure 4B, en présence de défauts géométriques du joint à brosse 1, le faux- rond et les défauts de concentricité sont tels que le jeu J dans la zone de contact 14 est réalisé tantôt par la bague arrière 15 (cas normal de la figure 4A) mais également tantôt par la jupe 5 suivant l'angle considéré (cas anormal de la figure 4B). Le jeu J dans la zone de contact 14 n'est donc pas uniquement réglé en permanence par la bague arrière 15, du fait des défauts de fabrication et de montage du joint à brosse 1, qui résultent d'une trop grande souplesse du joint.

Ainsi, les défauts géométriques du joint à brosse induits par les procédés de fabrication et de montage actuels peuvent conduire à une mauvaise maîtrise de la perméabilité et à une usure prématurée des poils. De plus, le montage du joint pouvant occasionner une déformation plastique de celui-ci, une dépose pour cause de mauvais montage peut être nécessaire afin d'effectuer un remplacement complet du joint à brosse avant même qu'il n'ait fonctionné.

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.

L'invention vise notamment à proposer une solution pour concevoir un ensemble formant joint d'étanchéité qui soit suffisamment massif pour empêcher, ou du moins diminuer, l'apparition de défauts géométriques lors de sa fabrication ou de son montage sur une turbomachine. L'invention a ainsi pour objet, selon l'un de ses aspects, un ensemble formant joint d'étanchéité pour une turbomachine, caractérisé en ce qu'il comporte :

- un joint à brosse formé d'une pluralité de poils élastiques d'étanchéité entourant une âme,

- une bague de retenue comportant un évidement pour loger au moins partiellement le joint à brosse, et

- un couvercle d'appui, placé au contact du joint à brosse pour le maintenir en position contre la bague de retenue, le joint à brosse étant situé entre la bague de retenue et le couvercle d'appui.

Avantageusement, l'ensemble formant joint d'étanchéité selon l'invention est montable et démontable sur la turbomachine, de sorte à ne pas constituer une partie intégrante de la turbomachine.

Grâce à l'invention, l'ensemble formant joint d'étanchéité peut constituer une pièce suffisamment massive pour permettre d'assurer un fonctionnement correct du joint à brosse, en évitant notamment les inconvénients de l'art antérieur liés aux défauts géométriques habituels du joint à brosse. De plus, le montage du joint à brosse sur la turbomachine est également simplifié puisque l'ensemble formant joint d'étanchéité peut être placé contre un support d'une partie statorique par exemple, sans avoir à exercer de pression. L'ensemble formant joint d'étanchéité, et donc le joint à brosse, peut en outre être démonté et remonté autant de fois que nécessaire sans risquer des déformations plastiques du joint à brosse, contrairement aux solutions de l'art antérieur pratiquant une compression systématique du joint à brosse lors du démontage et remontage.

L'ensemble formant joint d'étanchéité selon l'invention peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises isolément ou suivant toutes combinaisons techniques possibles.

La bague de retenue peut être choisie de façon à être rigide, étant notamment plus rigide que le joint à brosse. Par « rigide », il faut comprendre que la bague de retenue ne se déforme sensiblement pas lors de son placement sur la turbomachine, notamment lors de sa fixation à un élément support d'une partie statorique de la turbomachine. La rigidité de la bague de retenue peut ainsi être suffisante pour empêcher, ou du moins diminuer, l'apparition des défauts géométriques de l'art antérieur. En particulier, la rigidité de la bague de retenue peut permettre de palier à la trop grande souplesse du joint à brosse dans la solution de l'art antérieur.

L'évidement de la bague de retenue peut présenter une forme sensiblement cylindrique pour épouser la forme de la zone torique du joint à brosse, logée au moins partiellement dans l'évidement, et maintenir le joint à brosse en position. De la sorte, la rotation du joint à brosse peut être évitée.

Le couvercle d'appui peut comporter une première portion d'appui plane, placée au contact des poils du joint à brosse en dehors de la zone torique.

En outre, le couvercle d'appui peut comporter une deuxième portion d'appui, placée au contact des poils du joint à brosse au niveau de la zone torique et présentant une forme sensiblement cylindrique pour épouser la forme de la zone torique.

La coopération mutuelle entre le couvercle d'appui et la bague de retenue peut permettre de maintenir le joint à brosse en position et d'éviter sa rotation, sans impacter ses propriétés géométriques. En particulier, il peut ainsi être possible d'éviter l'apparition de faux-rond ou de défauts de concentricité, pouvant généralement être provoqués par l'écrasement du joint à brosse trop souple.

Le couvercle d'appui peut être fixé à la bague de retenue par soudure ou sertissage. Lors d'une fixation par sertissage notamment, le couvercle d'appui peut comporter une deuxième portion d'appui présentant une forme sensiblement cylindrique pour épouser la forme de la zone torique.

La bague de retenue peut comporter une patte de fixation pour permettre la fixation de la bague de retenue à un élément support d'une partie statorique de la turbomachine. La patte de fixation peut constituer un prolongement de la bague de retenue depuis une portion de la bague de retenue en contact avec le joint à brosse.

L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, une partie statorique de turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comporte un ensemble formant joint d'étanchéité tel que défini précédemment et un élément support sur lequel est fixé la bague de retenue de l'ensemble formant joint d'étanchéité. L'élément support peut présenter une forme sensiblement complémentaire de celle de la bague de retenue.

La partie statorique peut comporter au moins deux ensembles formant joint d'étanchéité associés à au moins deux éléments support.

La partie statorique peut comporter un organe de rappel élastique, notamment un ressort du type « marguerite », placé entre l'élément support et le couvercle d'appui de l'ensemble formant joint d'étanchéité pour accentuer le contact entre les poils du joint à brosse et la bague de retenue.

L'ensemble formant joint d'étanchéité et l'élément support peuvent définir entre eux un logement, dans lequel est situé l'organe de rappel élastique.

L'organe de rappel élastique peut prendre appui à la fois sur l'élément support et sur le couvercle d'appui de l'ensemble formant joint d'étanchéité. L'organe de rappel élastique peut être ou non fixé, par exemple par soudure ou sertissage, à l'élément support et/ou au couvercle d'appui de l'ensemble formant joint d'étanchéité.

L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, une turbomachine caractérisée en ce qu'elle comporte un ensemble formant joint d'étanchéité tel que défini précédemment ou une partie statorique de turbomachine telle que définie précédemment.

L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de montage d'un ensemble formant joint d'étanchéité tel que défini précédemment sur une partie statorique d'une turbomachine, caractérisé en ce qu'il comporte l'unique étape consistant à fixer la bague de retenue de l'ensemble formant joint d'étanchéité à un élément support de la partie statorique.

Le procédé selon l'invention peut ainsi permettre d'assurer l'étanchéité recherchée par l'utilisation d'un joint à brosse dans la turbomachine par la seule intégration d'un ensemble formant joint d'étanchéité sans compression du joint à brosse, l'ensemble formant joint d'étanchéité étant suffisamment massif pour permettre le respect des tolérances de concentricité et de faux-rond compatibles avec un bon fonctionnement du joint à brosse. La partie statorique de turbomachine, la turbomachine et le procédé de montage selon l'invention peuvent comporter l'une quelconque des caractéristiques précédemment énoncées, prises isolément ou selon toutes combinaisons techniquement possibles avec d'autres caractéristiques. 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 œuvre non limitatifs de celle-ci, ainsi qu'à l'examen des figures, schématiques et partielles, du dessin annexé, sur lequel :

- la figure 1 représente, en coupe transversale et en vue de face, un exemple de joint à brosse selon l'art antérieur,

- les figures 2A et 2B illustrent, en coupe, deux modes de réalisation de la zone torique d'un joint à brosse selon l'art antérieur,

- la figure 3 illustre, en coupe, l'implantation d'un joint à brosse selon l'art antérieur dans une turbomachine,

- les figures 4A et 4B illustrent, en coupe, le jeu de bague arrière respectivement dans un cas normal et un cas anormal de fonctionnement d'un joint à brosse selon l'art antérieur,

- la figure 5 représente, en coupe, un exemple d'ensemble formant joint d'étanchéité conforme à l'invention,

- la figure 6 illustre, en coupe, l'intégration de deux ensembles formant joint d'étanchéité selon la figure 5 sur une partie statorique de turbomachine selon l'invention,

- la figure 7 représente, en coupe, une variante de réalisation d'un ensemble formant joint d'étanchéité conforme à l'invention, et

- la figure 8 illustre, en coupe, une variante d'intégration de deux ensembles formant joint d'étanchéité selon l'invention sur une partie statorique de turbomachine.

Dans l'ensemble de ces figures, des références identiques peuvent désigner des éléments identiques ou analogues.

De plus, les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS

On décrit ci-après les figures 5 à 8, les figures 1 à 4B relatives à l'art antérieur ayant été décrites précédemment.

En référence à la figure 5, on a représenté, en coupe, un premier exemple d'ensemble formant joint d'étanchéité 20 pour une turbomachine selon l'invention.

L'ensemble formant joint d'étanchéité 20 comporte un joint à brosse 1 formé par une pluralité de poils 4, par exemple en carbone, disposés autour d'une âme 2. L'ensemble 20 comporte encore une bague de retenue 21, qui comporte un évidement 23 pour loger au moins partiellement la zone torique 3 du joint à brosse 1, et un couvercle d'appui 22, placé au contact du joint à brosse 1 pour le maintenir en position et empêcher sa rotation, le joint à brosse 1 étant situé entre la bague de retenue 21 et le couvercle d'appui 22.

L'évidement 23 de la bague de retenue 21 est prévu pour présenter une forme sensiblement cylindrique de manière à épouser la forme de la zone torique 3 du joint à brosse 1 et à permettre un premier maintien en position du joint à brosse 1.

Un second maintien en position du joint à brosse 1 est obtenu par l'intermédiaire du couvercle d'appui 22, lequel présente notamment une première portion d'appui 22a sensiblement plane, qui vient au contact des poils 4 du joint à brosse 1 dans la partie du joint à brosse 1 située en dehors de la zone torique 3.

La bague de retenue 21 comporte encore une patte de fixation 26, destinée à permettre la fixation de la bague de retenue 21 sur un élément support 32 d'une partie statorique 30 de la turbomachine. La patte de fixation 26 peut par exemple constituer un prolongement sensiblement linéaire de la bague de retenue 21 depuis une portion de celle-ci en contact avec le joint à brosse 1.

Dans l'exemple de la figure 5, le couvercle d'appui 22 est fixé à la bague de retenue 21 par l'intermédiaire d'une soudure 41. Toutefois, il peut en être autrement.

A titre d'exemple, la figure 7 représente, en coupe, un deuxième exemple de réalisation d'un ensemble formant joint d'étanchéité 20 selon l'invention. Sur cette figure, le couvercle d'appui 22 est fixé à la bague de retenue 21 par l'intermédiaire d'un sertissage 42.

En outre, dans l'exemple de la figure 7, le couvercle d'appui 22 comporte, outre une première portion d'appui 22a tel que définie précédemment, une deuxième portion d'appui 22b, placée au contact des poils 4 du joint à brosse 1 au niveau de la zone torique 3 et présentant une forme sensiblement cylindrique pour épouser la forme de la zone torique 3. De cette façon, le maintien en position du joint à brosse 1 est accentué.

Après assemblage du couvercle d'appui 22 sur la bague de retenue 21, le diamètre intérieur des poils 4 du joint à brosse 1 peut être usiné de façon à être adapté aux besoins en termes d'étanchéité.

On a représenté sur la figure 6, en coupe, un exemple de partie statorique 30 de turbomachine comportant deux ensembles formant joint d'étanchéité 20, semblables à celui de l'exemple de la figure 5.

Les deux ensembles formant joint d'étanchéité 20 sont fixés à des éléments support 32 de la partie statorique 30, par l'intermédiaire notamment des pattes de fixation 26, de sorte que les poils 4 du joint à brosse 1 viennent au contact des pistes des pièces à étancher 31 de la partie statorique 30.

Sur la figure 8, on a représenté une variante de partie statorique 30 de turbomachine selon l'invention, comportant deux ensembles formant joint d'étanchéité 20 semblables à celui de la figure 5.

Cependant, dans l'exemple de la figure 8, un organe de rappel élastique 40 est prévu entre un élément support 32 et un couvercle d'appui 22 d'un ensemble formant joint d'étanchéité 20, de sorte à accentuer le contact entre les poils 4 du joint à brosse 1 et la bague de retenue 21. L'organe de rappel élastique 40 peut par exemple être un ressort du type « marguerite ».

De façon générale, la pression exercée par le couvercle d'appui 22 sur les poils 4 du joint à brosse 1 contre la bague de retenue 21, peut être déterminée de façon à empêcher la rotation du joint à brosse 1 et, le cas échéant, l'utilisation d'un organe de rappel élastique 40 peut permettre d'augmenter cette pression. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits. Diverses modifications peuvent y être apportées par l'homme du métier.

L'expression « comportant un » doit être comprise comme étant synonyme de « comportant au moins un », sauf si le contraire est spécifié.