TURBOMACHINE

DOMAINE TECHNIQUE

La présente invention se rapporte au domaine des turbomachines et des systèmes d'étanchéité entre deux arbres tournants coaxiaux.

La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif d'étanchéité dynamique agencé entre deux arbres tournants coaxiaux d'une turbomachine.

ETAT DE LA TECHNIQUE

Dans une turbomachine, il est nécessaire de définir et d'isoler une enceinte entourant un organe mécanique tel qu'un roulement ou un pignon installé entre deux arbres tournants, tels que par exemple le rotor haute pression et le rotor basse pression. Dans cette enceinte, l'huile est injectée pour lubrifier et refroidir l'organe mécanique. L'isolation de l'enceinte nécessite notamment un dispositif d'étanchéité entre les deux arbres tournants coaxiaux. On appelle « arbre interne » l'arbre de plus faible diamètre, et « arbre externe » l'arbre de plus grand diamètre.

Il est connu d'utiliser des dispositifs d'étanchéité sans contact dans ce type d'application. Cependant, les dispositifs d'étanchéité sans contact, du type labyrinthes, nécessitent un débit d'air important et il est parfois difficile d'obtenir la pressurisation souhaitée de l'enceinte. De plus, un mélange air- huile se crée dans l'enceinte ce qui nécessite un dispositif de déshuilage avant l'évacuation de l'air. Le compromis est donc difficile à établir et ces dispositifs d'étanchéité ne permettent pas toujours d'obtenir les performances visées. Enfin, ce type de joint nécessite la présence d'un dispositif de déshuilage qui est coûteux, encombrant et lourd du fait du débit d'air huilé important à traiter.

Il est également connu d'utiliser des dispositifs d'étanchéité avec contact. Un tel dispositif d'étanchéité est destiné à être monté entre un arbre interne et un arbre externe. Le dispositif d'étanchéité comporte un segment carbone élastique, et deux glaces métalliques solidaires de l'arbre interne et bordant axialement le segment élastique avec un jeu - autrement dit, se trouvant de part et d'autre du segment élastique -, l'espacement axial entre les deux glaces étant maintenu par une entretoise. Le terme axial se réfère à l'axe selon lequel s'étend le segment carbone ; par exemple, si le segment carbone est de forme cylindrique, alors le terme axial se réfère à l'axe du cylindre.

Le segment élastique est adapté pour venir se plaquer radialement sur l'alésage de l'arbre externe sous l'effet d'une force centrifuge. En effet, le segment élastique est classiquement un anneau comportant une fente lui permettant de s'ouvrir angulairement. Le segment élastique est de diamètre supérieur au diamètre interne de l'arbre externe. Il est maintenu comprimé lors de son positionnement dans l'alésage de l'arbre externe, et tend à s'ouvrir sous l'effet de la force centrifuge liée à la rotation des arbres coaxiaux. Ainsi, le segment élastique est entraîné en rotation par l'arbre externe.

Or, sous l'effet d'une différence de pression de part et d'autre du dispositif d'étanchéité, le segment élastique peut être en contact avec une des glaces métalliques, ces dernières étant solidaires de l'arbre interne. L'arbre interne et l'arbre externe ne tournant pas à la même vitesse, voire dans le même sens, le segment élastique peut alors se désolidariser de la rotation de l'arbre externe. La surface radiale supérieure du segment élastique tend ainsi à être usinée sous l'effet du frottement entre le segment élastique et l'arbre externe. Cet usinage est à l'origine d'une fuite réduisant l'efficacité de l'étanchéité. Le segment élastique nécessite alors des remplacements périodiques. DESCRIPTION GÉNÉRALE DE L'INVENTION

Dans ce contexte, l'invention vise à fournir un dispositif d'étanchéité, adapté pour fonctionner avec des arbres coaxiaux tournants co-rotatifs ou contre- rotatifs, permettant d'améliorer la solidarisation en rotation du segment élastique avec l'arbre externe.

A cette fin, l'invention propose un dispositif d'étanchéité inter-arbres coaxiaux d'une turbomachine, ledit dispositif comportant :

- un segment élastique présentant :

o une ouverture centrale circulaire permettant une liaison glissière avec un arbre interne,

o une surface externe adaptée pour coopérer avec une surface interne d'une portion d'un arbre externe,

- deux moyens de maintien situés de part et d'autre dudit segment élastique et autorisant un jeu axial dudit segment,

ledit segment élastique étant un profilé.

On entend par « profilé » un produit de section transversale constante sur toute sa longueur, de section différente de celle des barres, fils, tubes, tôles ou bandes. La section transversale d'un profilé n'est notamment pas circulaire. Un cylindre ou un anneau n'est donc pas un profilé. On précise qu'une section transversale est une section selon un plan orthogonal à l'axe selon lequel s'étend le segment, le segment s'étendant entre les deux moyens de maintien.

Dans un mode de réalisation, les moyens de maintien comportent deux glaces métalliques. Dans un mode de réalisation, les moyens de maintien sont solidaires de l'arbre interne ; par exemple, les moyens de maintien comportent une ouverture centrale leur permettant de se positionner autour de l'arbre interne. Les moyens de maintien se situant de part et d'autre du segment élastique, ils bordent axialement le segment élastique tout en permettant un jeu axial du segment élastique. Le terme axial se réfère à l'axe selon lequel s'étend le segment élastique. Une largeur du segment élastique est définie selon cet axe, même si cette largeur est éventuellement faible. Dans un mode de réalisation, l'espacement axial entre les moyens de maintien est maintenu par une entretoise. Le segment élastique selon l'invention est tel que sa surface externe est de forme permettant au segment élastique et à l'arbre externe d'être solidaires selon un mouvement de rotation autour d'un axe de rotation de l'arbre externe. En effet, la surface externe du segment élastique n'est pas de section circulaire. Lorsque le segment élastique est assemblé par opposition de forme à un arbre externe comportant une portion dont la surface interne est de section transversale de forme complémentaire à la section transversale de la surface externe du segment élastique, une rotation du segment par rapport à l'arbre externe est empêchée. Selon un mode de réalisation de l'invention, la surface externe du segment élastique est de section transversale multi lobique. On entend par « forme multi lobique » une forme comprenant au moins deux lobes, un lobe étant un tracé curviligne. Un ovale est donc une forme multi lobique. Les formes en « double ovale » aussi appelées « pétales de fleurs » sont également des formes multi lobiques.

En particulier, selon un mode de réalisation de l'invention, la surface externe du segment élastique est de section transversale ovale. Une forme d'œuf est par exemple un ovale. On note qu'un cercle n'est pas un ovale. Un segment élastique dont la surface externe est de section transversale ovale est facile à usiner.

Selon un mode de réalisation préféré, la surface externe du segment élastique est de section transversale elliptique. On note qu'une ellipse est un ovale. Un segment élastique dont la surface externe est de section transversale elliptique est particulièrement facile à usiner.

Selon un mode de réalisation particulier, le segment élastique comporte une fente permettant une ouverture angulaire dudit segment. Ainsi, sous l'effet de la force centrifuge liée à la rotation des arbres coaxiaux, le segment élastique tend à s'ouvrir et se plaquer contre la surface interne de l'arbre externe, ce qui contribue à la solidarisation en rotation du segment avec l'arbre externe. L'invention a également pour objet un ensemble de transmission comportant un arbre externe d'une turbomachine comportant deux arbres coaxiaux - un arbre interne et un arbre externe - et un dispositif d'étanchéité tel qu'évoqué précédemment. L'invention a également pour objet un ensemble de transmission comportant :

- un arbre externe d'une turbomachine comportant deux arbres coaxiaux, comprenant une portion dont une surface interne est de section transversale multi lobique, ladite surface interne étant adaptée pour coopérer avec une surface externe d'un segment élastique d'un dispositif d'étanchéité selon l'invention

- un dispositif d'étanchéité selon l'invention, la surface externe du segment élastique étant de section transversale multi lobique.

L'arbre externe comporte ainsi une portion dont une surface interne est adaptée pour coopérer avec une surface externe d'un segment élastique d'un dispositif d'étanchéité selon l'invention, ladite surface interne étant de forme telle que le segment élastique et l'arbre externe sont solidaires selon un mouvement de rotation autour d'un axe de rotation de l'arbre externe.

En particulier, selon un mode de réalisation de l'invention, la surface interne de l'arbre externe est de section transversale ovale, et la surface externe du segment élastique est de section transversale ovale.

En particulier, selon un mode de réalisation de l'invention, la surface interne de l'arbre externe est de section transversale elliptique, et la surface externe du segment élastique est de section transversale elliptique. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles :

- la figure 1 illustre schématiquement un dispositif d'étanchéité inter- arbres coaxiaux d'une turbomachine, selon un mode de réalisation de l'invention, permettant d'isoler deux enceintes à pression différente ;

- la figure 2 illustre schématiquement le dispositif d'étanchéité de la figure 1 en position entre un arbre interne et un arbre externe ;

- la figure 3 illustre schématiquement un segment élastique du dispositif d'étanchéité de la figure 1 , selon un mode de réalisation de l'invention.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE D'AU MOINS UN MODE DE RÉALISATION

Dans toutes les figures, les éléments communs portent les mêmes numéros de référence sauf précision contraire.

La figure 1 est une vue en perspective d'une tranche d'un dispositif d'étanchéité 1 inter-arbre de turbomachine. A la figure 2, ledit dispositif d'étanchéité 1 est montré positionné entre un arbre interne 2 et un arbre externe 3, l'arbre interne 1 et l'arbre externe 3 étant coaxiaux. Enfin, une vue transversale en coupe d'éléments de la figure 2 selon un plan de coupe AA est représentée à la figure 3.

Le dispositif d'étanchéité 1 comporte :

- un segment élastique 4 de type carbone ou métallique, présentant :

o une ouverture centrale 5 circulaire permettant une liaison glissière avec l'arbre interne 1 ,

o une surface externe 6 adaptée pour coopérer avec une surface interne 7 d'une portion P de l'arbre externe 3. On note que ladite portion P peut être toute la longueur de l'arbre externe 3.

- deux glaces métalliques 8, 9, aussi appelées moyens de maintien, situées de part et d'autre dudit segment élastique 4 et autorisant un jeu axial J dudit segment élastique 4. Les glaces métalliques 8, 9 sont solidaires de l'arbre interne 1 .

- une entretoise 10 solidaire de l'arbre interne 1 permettant de maintenir espacées les deux glaces métalliques 8, 9 lors du fonctionnement de la turbomachine.

L'arbre interne 1 comporte avantageusement une butée de positionnement 1 1 permettant de faciliter le montage et le positionnement du dispositif d'étanchéité 1 .

Comme le montre la figure 3, la surface externe 6 du segment élastique 4 est de section transversale elliptique. De même, la surface interne 7 de la portion P de l'arbre externe 3 est de section transversale elliptique. Une ellipse est en effet une forme simple d'usinage. La surface externe 6 du segment élastique 4 et la surface interne 7 de la portion P de l'arbre externe 3 sont de formes complémentaires.

Avantageusement, le rapport entre le demi-grand axe a et le demi-petit axe b est supérieur à 1 ,05 afin de maximiser la contrainte géométrique, dans la limite des contraintes de fabrication de l'arbre externe 3 et du segment élastique 4.

Dans d'autres modes de réalisation de l'invention, la surface externe 6 du segment élastique 4 et la surface interne 7 de la portion P de l'arbre externe

3 sont de forme ovale non elliptique, ou encore de forme multi lobique non ovale, par exemple de forme « double ovale » ou « pétales de fleurs ».

La caractéristique importante de la surface externe 6 du segment élastique 4 et de la surface interne 7 de la portion P de l'arbre externe 3 est de ne pas être de section circulaire, afin de solidariser en rotation le segment élastique

4 et l'arbre externe 3 selon un mouvement de rotation autour de l'axe de rotation des axes coaxiaux.

Le segment élastique 4 est donc un profilé, c'est-à-dire un produit de section transversale constante sur toute sa longueur, de section différente de celle des barres, fils, tubes, tôles ou bandes. En effet, la surface externe 6 du segment élastique 4 est de section transversale non circulaire, contrairement à celle d'un tube.

Le segment élastique 4 comporte avantageusement une fente 12 permettant une ouverture angulaire dudit segment élastique 4, comme illustré à la figure 3. Ainsi, sous l'effet de la force centrifuge liée à la rotation des arbres coaxiaux 2, 3, le segment élastique 4 tend à s'ouvrir et se plaquer contre la surface interne 7 de l'arbre externe 3, ce qui contribue à la solidarisation en rotation du segment élastique 4 avec l'arbre externe 3.