[0001] On décrira ici un joint d'étanchéité pour un étage circulaire d'aubes, et plus précisément
un étage d'aubes dites « à pied marteau » qui sont attachées au disque par un pied
de section bulbeuse engagé dans une gorge circulaire entaillant une face périphérique
du disque.
[0002] Si on se reporte à la figure 1, on trouve de telles aubes 1 sur le pourtour de disques
2 d'un stator 3 de turbine à gaz où elles alternent avec des aubes fixes 4 chargées
de redresser un écoulement de gaz et fixées à un stator 5. Les aubes 1 comprennent
une pale 6 qui représente leur partie active et s'étend dans une veine 7 d'écoulement
des gaz, une plate-forme 8 servant à délimiter la veine 7 et attenante à la pale 6,
un pied 9 engagé dans une gorge circulaire 10 du disque 2 concerné et une attache
11 reliant le pied 10 à la plate-forme 8 et passant à travers un col 12 de la gorge
10, par lequel elle donne sur l'extérieur. Le pied 9 a une section bulbeuse, c'est-à-dire
qu'il s'élargit à partir de l'attache 11, et comme le col 12 est plus étroit que lui,
il est retenu dans la gorge 10 malgré les forces centrifuges. Le disque 2 est muni
cependant d'une saignée à un endroit de sa circonférence, par laquelle le col 12 est
élargi pour qu'on puisse insérer successivement les pieds 9 des aubes 1 dans la gorge
10 à cet endroit successivement, avant de faire coulisser les aubes 1 autour du disque
2 jusqu'à leur emplacement définitif.
[0003] On observe ce qu'on appelle des recirculations d'air sous les plates-formes 8, c'est-à-dire
des retours d'air vers l'amont des compresseurs de la machine et les basses pressions,
à contre-courant de l'écoulement dans la veine 7. Ces recirculations passent entre
l'aube 1 et le disque 2 à travers la gorge 10, malgré les ajustements de pièces à
cet endroit. Il s'ensuit des pertes de rendement de la machine : divers genres de
joints d'étanchéité ont été proposés pour les réduire, et par exemple des fils 14
circulaires d'Inconel logés dans des gorges 15 de petite section creusées à la face
périphérique 16 du disque 2, sous les plates-formes 8 à côté des pieds 9. L'inconvénient
de cette solution est que les forces centrifuges font sortir les fils 14 des gorges
15 jusqu'à atteindre les plates-formes 8 et les user ou même les couper. Un joint
d'étanchéité qui n'entraîne pas ces dommages aux aubes est donc souhaité, d'autant
plus que les aubes 1, construites généralement en titane, sont coûteuses, et surtout,
la perte de morceaux de plate-forme peut entraîner des détériorations importantes
du compresseur.
[0004] Une solution convenable pour cela est offerte avec l'invention, qui concerne un joint
d'étanchéité pour un étage circulaire d'aubes ayant des pieds engagés dans une gorge
circulaire d'un disque, des pales, des plates-formes attenantes aux pales et reposant
sur une face périphérique du disque sur laquelle s'ouvre la gorge par un col circulaire,
et des attaches reliant les pieds aux plates-formes et engagées dans le col, le joint
comprenant une plaque logée entre la face périphérique et les plates-formes et évidée
de jours dans lesquels les attaches sont engagées, la plaque étant divisée pour former
des plaquettes aboutées par des lignes de coupure passant à travers les jours, qui
ont une superficie inférieure à une section des pieds d'aubes, et étant caractérisé
en ce qu'il comprend des queues jointes aux plaquettes et formant avec elles des éléments
de joint, les queues s'étendant sous des flancs supérieurs obliques de la gorge.
[0005] Le brevet européen 0 210 940 décrit un joint d'étanchéité dont la partie supérieure,
proche des plates-formes d'aubes, répond à la première partie de cette définition
; mais ce joint connu ne comprend pas les queues inférieures, qui procurent une étanchéité
supplémentaire, favorisée comme lesautres par les forces centrifuges au fonctionnement.
[0006] L'étanchéité est améliorée si la plaque présente des bords repliés vers l'intérieur
du disque et engagés dans des rainures circulaires entaillant la face périphérique
du disque.
[0007] Une excellente construction du joint, qui facilite beaucoup le montage, est offerte
si les lignes de coupure comprennent des lignes horizontales et des lignes circulaires,
et si les plaquettes font un angle obtus avec les queues, sont jointes aux queues
par des jointures prolongées par des fentes entre les queues et les plaquettes, les
éléments de joint étant entrelacés par paires, la jointure de chacun des éléments
d'une paire étant logée dans la fente de l'autre des éléments de la même paire en
formant une charnière.
[0008] L'invention sera décrite à présent plus en détail à l'aide des figures suivantes
qui en illustrent certains modes de réalisation :
- la figure 1 déjà décrite représente une portion de compresseur de turbine à gaz où
l'invention peut trouver emploi,
- les figures 2 et 3 illustrent une première réalisation de l'invention,
- et les figures 4 et 5 illustrent une deuxième réalisation de l'invention.
[0009] L'invention est ajoutée au dispositif de la figure 1, sauf que les fils 14 qu'elle
remplace sont supprimés, de même que les gorges 15 qui les logent. En se reportant
aux figures 2 et 3, le joint porte la référence générale 17 et comprend une bande
ou plaque 18 sensiblement annulaire engagée entre la face périphérique 16 du disque
2 et des plates-formes d'aubes 8 quand le rotor 3 est monté ; la plaque 18 présente
cependant des bords tombés 19, c'est-à-dire repliés vers l'intérieur du disque 2 et
qui pénètrent dans des rainures 20 ménagées dans la face périphérique 16 ; enfin,
elle est divisée angulairement le long de lignes de coupure longitudinales 21, et
aussi par une ligne de coupure circulaire (équidistante des bords tombés 19) si bien
qu'elle est en réalité composée de plaquettes 22 aboutées qui s'étendent sur des demi-secteurs
angulaires. Les plaquettes 22 sont évidées de jours 23 destinés au passage des attaches
11 des aubes 1 (et dont la superficie est plus petite que la section des pieds 9),
et certaines des plaquettes 22 sont encore évidées de perçages 24 venant en prolongement
d'autres perçages 25 percés au travers de plates-formes 8 correspondantes. Ces perçages
24 et 25 sont destinés à recevoir des vis non représentées, dont les têtes sont engagées
dans des taraudages du disque 2, afin de bloquer le joint 17 et les aubes 1, jointives
par leurs plates-formes 8, contre les mouvements circulaires. Une telle disposition
est d'ailleurs classique avec des aubes engagées dans une gorge circulaire et commune
d'un disque. Un seul couple de perçages 24 et 25 peut suffire mais on peut aussi en
prévoir deux, comme dans cette réalisation-ci. Le joint 17 comprend encore, de façon
caractéristique, des queues 26 respectivement réunies aux plaquettes 22 par des jointures
27 et qui forment un angle obtus avec elles. Dans cette réalisation et afin de limiter
les jeux, les attaches 11 et les pieds 9 des aubes 1 ont une largeur (en direction
angulaire du disque 2) presque égale à celle des jours 23, et les queues 26 s'étendent
en largeur sur presque toute la distance entre les jours 23 : presque toute la gorge
10 est donc occupée. De plus, les jointures 27 s'étendent sur presque la moitié de
la largeur des queues 26 et laissent subsister entre chaque couple de plaquette 22
et de queue 26 une fente 28 dans laquelle pénètre la jointure 27 d'un autre couple
de plaquette 22 et de queue 26, les plaquettes 22 de ces deux couples étant jointives
et en prolongement en direction longitudinale de la machine. En d'autres termes, les
couples de plaquette 22 et de queue 26 sont groupés par paires qui se croisent, chacune
des queues 26 s'étendant sous la plaquette 22 de l'autre élément de la paire, et leurs
jointures 27 s'étendent en prolongement le long de la ligne de coupure circulaire
avec un jeu suffisant pour dessiner une charnière 29. Il est ainsi possible, après
avoir imbriqué les jointures 27 dans les fentes 28, de plier l'assemblage ainsi obtenu
pour approcher les queues 26 l'une de l'autre et pouvoir les insérer dans la gorge
10 par un mouvement vers l'intérieur à travers le col 12. Les queues 26 sont ensuite
déployées pour s'écarter l'une de l'autre tout en rendant les plaquettes 22 parallèles
: on arrive à la disposition des figures, où les queues 26 touchent des flancs supérieurs
30 obliques de la gorge 10 ; il est manifeste que les forces centrifuges produites
par la rotation du rotor 3 auront pour effet de presser les queues 26 contre les flancs
30, les plaquettes 22 contre la plate-forme 8 et les bords tombés 19 contre les faces
extérieures 31 des rainures 20 grâce à la flexion des plaquettes 22. On obtiendra
donc une double barrière d'étanchéité contre les recirculations d'air, les plaquettes
22 et leurs bords tombés 19 produisant un premier barrage entre les plates-formes
8 et le disque 2 et les queues 26 produisant un second barrage entre les plaquettes
22, pressées contre les aubes 8, et le disque 2.
[0010] Une conception légèrement différente d'un joint 17' apparaît sur les figures 4 et
5, où les plaquettes, ici référencées par 32, sont deux fois plus étroites et s'étendent
donc entre des lignes de coupure 21 deux fois plus nombreuses, du milieu d'un des
jours 23 au milieu du jour 23 voisin. Cette réalisation est semblable par ailleurs
à la précédente. La figure 5 est une vue en perspective qui montre le pliage d'une
des paires d'éléments en vue du passage du col 12 par les queues 26 ; elle montre
aussi une saignée 33 pour élargir localement le col 12 et permettre d'introduire les
pieds 9 des aubes 1, car la première réalisation, dans laquelle une paire de plaquettes
22 était associée à deux aubes 1, exigeait que ces dernières fussent en nombre pair.
Il convient d'ajouter en passant que si les charnières 29 étaient nécessaires dans
la première réalisation pour introduire les queues 26 dans la gorge 10 par un pliage,
il n'en est rien dans la seconde, car les queues 26 pourraient passer par la saignée
33 avant d'être mises en place en coulissant dans la gorge 10, de la même façon que
les pieds 9 des aubes 1 et en alternant avec eux. Les éléments du joint 17' à deux
plaquettes 22 et deux queues 26 entrelacées seraient alors remplacés par des éléments
rigides. Mais on préfère conserver les charnières 29 pour maintenir la souplesse du
joint 17' et garder ainsi une excellente étanchéité.
1. Joint d'étanchéité (17, 17', 17") pour un étage circulaire d'aubes (1) ayant des pieds
(9) engagés dans une gorge circulaire (10) d'un disque (2), des pales (6), des plates-formes
(8) attenantes aux pales (6) et reposant sur une face périphérique (16) du disque
(12) sur laquelle s'ouvre la gorge (10) par un col (12) circulaire, et des attaches
(11) reliant les pieds (9) aux plates-formes (8) et engagées dans le col (12), le
joint comprenant une plaque (18) logée entre la face périphérique (16) et les plates-formes
(8) et évidée de jours (23) dans lesquels les attaches (11) sont engagées, la plaque
étant divisée pour former des plaquettes aboutées (22, 34) par des lignes de coupure
(21, 35) passant à travers les jours (23), qui ont une superficie inférieure à une
section des pieds (9) d'aubes, et étant caractérisé en ce qu'il comprend des queues
(26) jointes aux plaquettes (22) et formant avec elles des éléments de joint, les
queues (26) s'étendant sous des flancs supérieurs obliques (30) de la gorge (10).
2. Joint d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que les lignes de coupure
comprennent des lignes longitudinales (21) et des lignes circulaires (35), et en ce
que les plaquettes (22) font un angle obtus avec les queues (26), sont jointes aux
queues par des jointures (27) prolongées par des fentes (28) entre les queues (26)
et les plaquettes (22), les éléments de joint étant entrelacés par paires, la jointure
(27) de chacun des éléments d'une paire étant logée dans la fente de l'autre des éléments
de la même paire en formant une charnière (29).
3. Joint d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque présente
des bords (19) repliés vers l'intérieur du disque et engagés dans des rainures circulaires
(20) entaillant la face périphérique (16) du disque (2).
