FR2824378A1 - Joint a brosses en materiau composite - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un joint à brosses annulaire devant assurer l'étanchéité d'un entrefer entre un rotor et stator, comportant un boîtier (2) susceptible d'être fixé sur le stator ou le rotor et une barrière de soies (4) retenue par ledit boîtier (2), lesdites soies (10) s'étendant axialement ou radialement à partir dudit boîtier (2) et étant susceptibles de frotter contre le rotor ou le stator, caractérisé par le fait que le boîtier est réalisé en matériau composite par polymérisation de nappes (14) de tissu imprégné de résine, et par le fait que les soies s'étendent latéralement à partir de bandes (9) de tissu enroulées et superposées disposées axialement dans le boîtier (2), lesdites bandes (9) de tissu au moins étant imprégnées lors de la polymérisation par un flot de résine venant des nappes (14) de tissu, et formant bloc avec le boîtier (2). Selon une variante, le joint à brosses ne comporte pas de boîtier. Dans ce cas on imprègne les bandes de tissus de résine et on procède à la polymérisation.
Description
associé à chacun des régulateurs (Kj).
L'invention concerne le domaine des joints à brosses annulaires
devant assurer l'étanchéité d'un entrefer entre un rotor et un stator.
Elle concerne également des secteurs angulaires de joints à
brosses destinés à des applications spécifiques.
De tels joints à brosses sont notamment utilisés pour réaliser l'étanchéité au niveau de la turbine haute pression dans une turbo machine, et plus particulièrement au niveau de la bride interne de fixation des plates-formes internes des aubes directrices du distributeur en sortie
de la chambre de combustion.
L'état de la technique est iilustré notamment par EP 0 834 688,
US 5,678,898, US 6,042,119, DE 37 20 069 et DE 39 07 614.
Ces documents dévoilent des joints à brosses comportant un bo^'tier susceptible d'être fixé sur le stator ou le rotor et une barrière de soies retenue par le botier, lesdites soies s'étendant axialement ou radialement à partir du bo^'tier et étant susceptibles de frotter contre le
rotor ou le stator.
Dans ces documents, les soies sont retenues dans le bo^'tier soit par serrage entrer deux coupelles constituant le botier, soit par soudure
sur des plaques métalliques.
L'état de la technique cité prévoit également que les soies libres qui viennent frotter contre la pièce mobile peuvent former dans le bo^ttier les trames d'un empilement de tissus dont les fils de chane sont soudables au botier, ou d'un empilement de tissu maintenu par serrage
dans le bo'^tier.
DE 39 07 614 prévoit u ne autre construction dans laquelle les soies, qui sont métalliques, sont formoes par des brins entourant un tore et maintenus sur ce tore par un tube fendu maintenu serré entre deux coupelles. La fixation des soies par soudure nécessite des soies en matériau soudable ou non destructibles au cours de la soudure, lorsque le matériau soudable est issu de la chane du tissu. Cette technique ne peut
être appliquée lorsque les soies sont en carbone.
Selon une autre technique, on réalise des joints à brosses en fibres de carbone, par couture de nappes de fibres en carbone avec des fils métalliques, par pliage de la nappe sur un tore constitué par une feuille métallique roulé sur un ressort, par mise en place de coupelles avant et arrière et par sertissage de l'ensemble. On découpe ensuite les extrémités des soies pour obtenir le diamètre interne souhaité par rectification après humidification et congélation. Cette technique complexe est difficile à
mettre en oeuvre et est difficilement industrialisable.
Le but de l'invention est de proposer un joint à brosses qui soit
plus facile à réaliser.
L'invention concerne tout d'abord un premier type de joint à brosses annulaire devant assurer l'étanchéité d'un entrefer entre un rotor et stator, comportant un bo^'tier susceptible d'être fixé sur le stator ou le rotor et une barrière de soies retenue par ledit botier, lesdites soies s'étendant axialement ou radialement à partir dudit botier et étant
susce ptibl es de frotter co ntre le rotor ou le stator.
Selon l'invention, ce joint à brosses est caractérisé par le fait que le botier est réalisé en matériau composite par polymérisation de nappes de tissu imprégné de résine, et par le fait que les soies s'étendent latéralement à partir de bandes de tissu enroulées et superposées, disposoes axialement dans le bo^'tier, lesdites bandes de tissu au moins étant imprégnées lors de la polymérisation par un flot de résine venant des nappes de tissu, et formant
bloc avec le bo^tier.
Ava ntageuse me nt, le bo^ti er prése nte u ne zone latéra le da ns
laquelle les soies sont souples et libres.
Selon une première variante, les soies sont repliées radialement
à l'intérieur du botier.
Dans ce cas, les soies forment bloc avec le bo^tier dans la zone
de pliage.
Avantageusement, les soies, les bandes de tissu et les nappes
de tissu sont en carbone, ou en céramique.
L'invention concerne également un procédé pour réaliser ce
premier type de joint à brosses.
Selon le procédé, on réalise une barrière de soies en enroulant des bandes de tissu à fibre sèche à partir desquelles s'étendent des soies, on adjoint des nappes de tissu imprégné de résine au moins aux bandes de tissu, pour constituer un bo^rtier, et on polymérise l'ensemble par étuvage afin que les bandes de tissu et les portions de soies en contact avec les nappes de tissu imprégné fassent bloc avec le bo^tier, par suite de l'imprégnation desdites bandes et desdites portions par le flot de résine venant des nappes de
tissu imprégné.
Avantageusement, on replie radialement les soies après avoir réalisé la barrière de soie, on adjoint des nappes de tissu imprégné dans
la zone de pliage.
De préférence, on réalise, dans le bo^tier, une zone latérale dans laquelle les soies seront souples et libres, en protégeant lesdites zones de soie par un ruban adhésif empêchant la diffusion de la résine
dans lesdites zones lors de la polymérisation.
L'invention concerne en outre un procédé pour réaliser un joint à
brosses mince comportant une barrière de soies.
Ce procédé est caractérisé par le fait que l'on réalise la barrière en soies en enroulant des bandes superposées de tissu à fibre sèche à partir desquelles s'étendent les soies, on replie radialement vers l'intérieur les soies et les bandes de tissu, afin que les bandes de tissu soient accolées aux soies, on imprègne les bandes de tissus et les zones attenantes de soies avec de la résine et on polymérise la résine par
étuvage de l'ensemble.
De manière avantageuse on replie les soies et les bandes de
tissu autour d'un tore métallique.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront
à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple et en
référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une demicoupe axiale d'un joint à brosses semi fini obtenu selon la procédé de l'invention, ce joint à brosses étant monté
avant l'opération de polymérisation par étuvage.
Les figures 2a et 2b montrent respectivement en plan et en coupe selon la ligne lib, lib de la figure 2a, un ruban de tissu utilisé pour ia fabrication de la barrière de soies; les figures 3a et 3b montrent, respectivement en plan et en coupe selon la ligne lilb, lilb de la figure 3a, une bande de tissu issue du ruban de tissu de la figure 2a et utilisée pour réaliser le joint à brosses selon l'invention; la figure 4 montre l'opération d'enroulement d'une bande de tissu; les figures 5a et 5b montrent respectivement en perspective et en coupe selon un plan axial, une bande de tissu enroulée; les figures 6a et 6b montrent respectivement en perspective et en coupe selon un plan axial, la bande de tissu enroulée après pliage des soies; la figure 7 est semblable à ia figure 1 et montre une disposition différente des nappes de préimprégnés; la figure 8 montre une demi-coupe d'un joint à brosses à soies axiales réalisé selon le procédé de l'invention avant l'opération d'étuvage; la figure 9 montre une variante de joint à brosses selon l'invention équipé d'une bride de fixation; la figure 10 montre l'opération de repli des bandes de tissu montrées sur les figures 6a et 6b, avant imprégnation, afin de réaliser un autre type de joint à brosses conforme à l'invention; la figure 11 montre l'opération d'adjonction de résine pour réaliser l'autre type de joint à brosses; et la figure 12 montre un système de fixation de cet autre type de
joint à brosses sur un support.
La figure 1 montre un joint à brosses 1 annulaire d'axe X qui comporte un bo^tier monobloc 2 présentant une zone axiale 3 par laquelle sortent les soies d'une barrière de soies 4. Les soies sont souples et libres dans la zone 3 et s'étendent axialement vers la surface d'un rotor non montré sur les dessins. Les soies peuvent également être inclinées par rapport à l'axe X. Le bo^tier 2 est destiné à être monté sur un stator de turbomachine par exemple, et les soies frottent contre le rotor. La barrière
de soies 4 réalise alors l'étanchéité de l'entrefer séparant le rotor du stator.
Dans l'exemple de réalisation décrit ci-dessous, les soies sont en carbone. Mais le procédé de fabrication peut également s'appliquer à
des soies en céramique.
Selon l'invention, le bo^'tier monobloc 2 est en matériau composite et les soies sont retenues à l'intérieur du botier 2, en dehors de la zone 3 par de la résine formant bloc avec le bo^tier 2, cette résine provenant des imprégnés constituant le bo^tier 2 au cours de la polyméri
sation par étuvage.
Le bo^tier 2, du joint à brosses 1, montré sur la figure 1 se présente sous la forme d'une équerre ayant une zone coudée 5. La référence 6 désigne l'épaisseur radiale du bo^tier 2 dans laquelle les soies
de la barrière de soies 4 sont intimement liées au bo'^tier 2.
Les figures 2a à 6b montrent les diverses étapes pour réaliser la barrière de soies 4. On part de rubans de tissu 6 en fibres sèches de largeur donnée et de longueur donnée comportant des fils de trame 7 en carbone et des fils de chane 8, ainsi que cela est montré sur les
figures 2a et 2b. Les fils de chane 8 sont également en carbone.
On enlève les fils de chane 8a sur un bord des rubans de tissu 6, et on conserve les fils de chane 8 de l'autre bord de ruban afin que ce bord constitue une bande de tissu 9 à partir de laquelle s'étendent latéralement des soies libres 10, ainsi que cela est représenté sur les
figures 3a et 3b.
Plusieurs bandes de tissu 9 sont ensuite superposées afin d'obtenir une épaisseur suffisante pour la barrière de soie, et on enroule
I'ensemble, ainsi que cela est montré sur les figures 4 à 5b.
On replie ensuite les soies libres 10 comme montré sur les figures 6a et 6b. A partir de ce stade, les bandes de tissu 9 superposées s'étendent axialement et forment un anneau 11, et les soies 10 s'étendent radialement. Pour réaliser la zone 3, on applique, de part et d'autre des soies , des anneaux de ruban adhésif référencés respectivement 12 et 13 sur
la figure 1.
Pour réaliser le bo'^tier 2, on applique, de part et d'autre de l'anneau 11 et sur les rubans adhésifs 12 et 13, des nappes 14 de tissu imprégné de résine. Ce tissu peut étre réalisé avec des fils de carbone, et la résine imprégnant les nappes de tissu est du type thermodurcissable
résistant à de hautes températures.
L'adjonction des nappes 14 de tissu et des rubans adhésifs peut étre réalisée dans des moules appropriés. Dans ce cas, on tapisse le fond du moule par des nappes de tissu imprégné, on dispose le ruban adhésif 12, on met en place l'anneau 11 montré sur la figure 6a, puis le ruban adhésif 13, on complète avec des nappes 14 de tissu imprégné, on ferme
le moule, on serre et on passe à l'étuvage.
Au cours de l'opération d'étuvage, un flot de résine venant des nappes 14 de tissu imprègne les bandes de tissu 9 et les soies 10 situées
dans l'épaisseur radiale référencée 6, notamment dans la zone coudée 5.
En revanche, les zones des soies 10 protégées par les rubans
adhésifs 12 et 13 restent sèches lors de la polymérisation.
Après l'étuvage et le durcissement de la résine, les bandes 9 de tissu et les zones de soies imprégnées de résine forment bloc avec le botier2. En revanche, les soies 10 sont souples et libres au droit des rubans adhésifs 12 et 13, c'est-à-dire dans la zone 3. Les rubans adbésifs 12 et 13 peuvent éventuellement être retirés à la fin de l'opération d'étuvage. Les nappes de tissu 14 sont imprégnées, par voie humide, de
résine polyimide, type PMR 15.
Le joint à brosses montré sur la figure 7 diffère de celui montré
sur la figure 1 par la disposition des nappes 14 de tissu imprégné.
La figure 8 montre un joint à brosses axial. La réalisation de ce joint est identique à celui décrit ci-dessus, si ce n'est que l'opération de
pliage des soies 10, montrée sur les figures 6a et 6b est supprimée.
On peut, selon le même procédé, réaliser des joints à brosses
dans lesquels les soies 10 sont pliées selon un angle inférieur à 90 .
La figure 9 montre une variante de réalisation du joint à brosses 1. Le bo^tier 2 de ce joint à brosses comporte une bride de fixation
15 réalisée en matériau composite par adjonction de nappes supplémen-
taires de tissu imprégné au bo^tier 2 avant l'étuvage.
Dans le cas o ies soies sont en céramique, le matériau du tissu
formant les nappes imprégnées 14 sont également des fibres céramiques.
L'invention concerne également un procédé pour réaliser un deuxième type de joint à brosses qui diffère du premier type de joint à brosses 1 décrit ci-dessus par le fait qu'il ne comporte pas de bo^'tier réalisé par polymérisation de nappes de tissu imprégné de résine
appliquées de part et d'autre de l'anneau.
Pour ce faire on réalise un anneau 11 ainsi que cela a été expliqué plus haut, puis on replie radialement vers l'intérieur les bandes de tissus 9 superposses, ainsi que cela est illustré sur la figure 10, en positionnant éventuellement un tore métallique 20 dans la région de la
pliure, ce tore 20 restant prisonnier de i'ensemble.
On dispose ensuite l'ensemble 21 ainsi obtenu à l'horizontale dans un outillage approprié, et on verse un flot de résine R sur la couche de bandes de tissus 2, ainsi que cela est montré sur la figure 11, afin d'imprégner les fibres de cette couche et les soies attenantes. Lors de cette opération on prend soin de ne pas mouiller la zone des soies située radialement à l'intérieur de la couche de bandes de tissus qui doit rester sèche. La zone qui doit rester sèche peut être protégée avec du ruban adhésif ou avec l'outillage 22. La résine d'imprégnation ayant un aspect sirupeux, I' imprég nation se réal ise facilement. On procède ensu ite à la
polymérisation de la résine par étuvage.
Les bandes de tissu et la zone attenante de soies forment ainsi avec la résine polymérisée un bloc rigide 23 à partir duquel s'étendent
radialement les soies 10.
La figure 12 montre un système de fixation du joint à brosses ainsi obtenu sur un support 24. Le bloc 23 qui a une épaisseur relativement faible et se présente sous la forme d'une rondelle, est maintenu entre une beque d'arrêt 25 et une contre plaque métallique 26
qui est en appui contre un épaulement 27 du support 24.
Claims (11)
1. Joint à brosses annulaire devant assurer l'étanchéité d'un entrefer entre un rotor et stator, comportant un bo^'tier (2) susceptible d'être fixé sur le stator ou le rotor et une barrière de soies (4) retenue par ledit bo'^tier (2), lesdites soies (10) s'étendant axialement ou radialement à partir dud it bo^tier (2) et étant susceptibles de frotter contre le rotor ou le stator, caractérisé par le fait que le bo^tier est réalisé en matériau composite par polymérisation de nappes (14) de tissu imprégné de résine, et par le fait que les soies s'étendent latéralement à partir de bandes (9) de tissu enroulées et superposées disposées axialement dans le bo^'tier (2), lesdites bandes (9) de tissu au moins étant imprégnées lors de la polymérisation par un flot de résine venant des nappes (14) de tissu, et
formant bloc avec le bo^'tier (2).
2. Joint à brosses selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le bo'^tier (2) présente une zone (3) latérale dans laquelle les
soies (10) sont souples et libres.
3. Joint à brosses selon l'une des revendications 1 ou 2,
caractérisé par le fait que les soies (10) sont repliées radialement à l'inté
rieur du bo^'tier (2).
4. Joint à brosses selon la revendication 3, caractérisé par le fait que dans la zone de pliage (5) les soies (10) forment bloc avec le
bo^tier (2).
5. Joint à brosses selon l'une quelconque des revendications 1
à 4, caractérisé par le fait que les soies (10), les bandes (9) de tissu et les
nappes (14) de tissu sont en carbone.
6. Joint à brosses selon l'une quelconque des revendications 1
à 4, caractérisé par le fait que les soies (10), les bandes (9) de tissu et les
nappes (14) de tissu sont en céramique.
7. Procédé pour réaliser un joint à brosses selon l'une
quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que l'on
réalise une barrière (4) de soies en enroulant des bandes (9) de tissus à fibre sèche à partir desquelles s'étendent des soies (10), on adjoint des nappes (14) de tissu imprégné de résine au moins aux bandes (9) de tissu, pour constituer un bo^tier (2), et on polymérise l'ensemble par étuvage afin que les bandes (9) de tissu et les portions de soies en contact avec les nappes (14) de tissu imprégné fassent bloc avec le bo'^tier (2), par suite de l'imprégnation desdites bandes (9) et desdites portions de soies par le flot de résine
venant des nappes (14) de tissu imprégné.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'on replie radialement les soies (10) après avoir réalisé la barrière de soie (4), et par le fait que l'on adjoint des nappes (14) de tissu imprégné dans la
zone de pliage (5).
9. Procédé selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé
par le fait que l'on réalise dans le bo^tier (2) une zone latérale (3) dans laquelle les soies (10) seront souples et libres, en protégeant lesdites zones de soie par un ruban adhésif (12, 13) empêchant la diffusion de la
résine dans lesdites zones lors de la polymérisation.
10. Procédé pour réaliser un joint à brosses comportant une barrière de soies (4), caractérisé par le fait que l'on réalise la barrière de soies (4) en enroulant des bandes (9) superposées de tissu à fibre sèche à partir desquelles s'étendent les soies (10), on replie radialement vers l'intérieur les soies (10) et les bandes de tissu (9), on imprègne les bandes de tissu superposées et les zones attenantes des soies avec de la résine,
et on polymérise la résine par étuvage de l'ensemble.
11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé par le fait que I'on replie les soies (10) et les bandes de tissu (9) autour d'un tore (20)
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2824378B1 (fr) | 2003-10-10 |
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