WO2025027247A1 - Dispositif d'etancheite a labyrinthe pour une turbomachine comportant une couche de retouche en materiau ceramique - Google Patents
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Definitions
- DESCRIPTION TITLE LABYRINTH SEALING DEVICE FOR A TURBOMACHINE COMPRISING A RETOUCHING LAYER MADE OF CERAMIC MATERIAL
- the field of the present invention is that of turbomachines, in particular aircraft.
- the present invention relates more particularly to a labyrinth sealing device for a turbomachine and a method for maintaining this sealing device.
- Technical background The state of the art includes in particular the documents CA-C-2567888, EP-A1-2143821 and FR-A1-3081498.
- a turbomachine in particular an aircraft, comprises, from upstream to downstream, a fan, a low pressure (LP) compressor, a high pressure (HP) compressor, a combustion chamber, a high pressure (HP) turbine and a low pressure (LP) turbine.
- the LP or HP compressor and/or the LP or HP turbine comprises several stages, each comprising a rotor (such as an axial wheel, impeller, centripetal wheel, etc.) provided with blades and a stator (rectifier or distributor).
- the rotor itself consists, in the case of an axial wheel, of a massive axisymmetric part (the disk), on which are attached (except in the case of a single-piece bladed disk or a centrifugal element) blades intended to compress or expand the flow gases.
- the performance and cooling of the turbine depend, among other things, on the ability to seal certain cooling air ventilation circuits.
- static sealing devices can be put in place to ensure good cooling (such as gaskets, slats, tabs, etc.).
- stators static elements
- Such a sealing device makes it possible to control the flow of gas or air or fluid passing axially through the annular space located between the inner periphery of the stator and the outer periphery of the turbine rotor.
- the sealing device may further comprise an abradable part carried in particular by the stator, facing a plurality of annular wipers (or in other words blades, grooves, teeth, threads or projections) perpendicular to an axis of rotation X and carried in particular by the rotor.
- the annular wipers are maintained at a small radial distance from the abradable part, such that any flow of fluid or air from the overpressure zone on one side of the wipers to the lower pressure zone on the other side of the wipers is as small as possible.
- the annular wipers are driven in rotation while maintaining as little clearance as possible with the abradable part.
- the wipers 5 of the rotor 2 of such a sealing device 1 are each coated with an abrasive coating 52 to promote in particular contact between the rotor and the stator.
- the abrasive coating is generally deposited on each wiper by thermal spraying.
- this abrasive coating can be damaged during the manufacture or handling of the rotor consisting of these wipers, and/or during operation in the turbomachine.
- the conventional procedure can be either the scrapping or the total reconditioning of the rotor 2.
- the total reconditioning of the rotor 2 consists of carrying out operations of stripping the lips 5 by removing all of the abrasive coating 52 initially deposited and a new operation of thermal projection of a new abrasive coating 52 on these stripped lips 5. This can therefore generate additional costs and significant manufacturing and delivery times for the rotors of the sealing device.
- the invention thus proposes a labyrinth-type sealing device for a turbomachine, in particular an aircraft, comprising annular elements engaged one inside the other, one of these elements being an internal element and the other of these elements being an external element, at least one of these internal and external elements being rotatable about an axis of rotation X and comprising a plurality of wipers extending about the axis X, each of the wipers comprising an abrasive coating.
- the abrasive coating comprises at least one damaged area filled with at least one touch-up layer comprising a ceramic material.
- the abrasive coating having one or more damaged areas can be repaired quickly and efficiently by applying one or more so-called touch-up layers.
- Each touch-up layer completely covers the damaged area so as to protect both the abrasive coating and the lip of the sealing device.
- This touch-up layer is based on ceramic material to form in particular an adhesive which adheres easily to the abrasive coating.
- the ceramic material has suitable physicochemical properties and advantageous for the sealing device lips. Indeed, it makes it possible, on the one hand, to reinforce the resistance to corrosion and wear, and on the other hand, to obtain a uniform, smooth surface and therefore without surface defects (such as cracks, flaking, roughness, etc.) of the lips.
- the proposed solution makes it possible overall to optimize the service life of the sealing device.
- the proposed solution contributes significantly to limiting the environmental impacts, in particular for these repair applications, by avoiding the scrapping of damaged or worn parts by allowing the repair of these by adding the touch-up layer locally, thus contributing to reducing the environmental impact.
- This also makes it possible to reduce the additional costs and delays linked to a total reconditioning of the sealing device having one or more deteriorated zones.
- the invention therefore has the advantage of being based on a simple design, offering very high reliability, and with little penalty in terms of costs and size.
- the term "damaged area” means a portion damaged by an impact originating during the manufacture, handling or operation of the part. This damaged portion may be a chip or a crack (or fissure, groove, etc.) of variable shape and size depending on the impact.
- the abrasive coating is thus absent in this damaged portion.
- filled means the damaged area of the invention which is entirely (either totally or 100%) occupied by the retouching layer, without empty or unoccupied space or area in this damaged area.
- ceramic means a material having a vitreous or non-vitreous body, of crystalline or partially crystalline structure, or glass, the body of which is formed of essentially inorganic and non-metallic substances, and which is formed by a molten mass which solidifies on cooling, or which is formed and brought to maturity, at the same time or subsequently, by the action of heat.
- the sealing device may comprise one or more of the following features, taken in isolation from one another or in combination with one another: - said abrasive coating is based on alumina, such as Yttriated zirconia; -- said abrasive coating is based on Yttriated zirconia; - said ceramic material comprises between 50 and 100% ceramic; - said ceramic material is in the form of a ceramic cement; - said ceramic material is in the form of a ceramic slip; - said ceramic slip comprises an alumina powder of between 60 and 70%, a dispersing agent of between 1 and 5% and water of between 25 and 39%; - the alumina powder has a particle size of between 0.1 and 0.60 ⁇ m, preferably the particle size is 0.1 and 0.45 ⁇ m; - the at least one deteriorated area has a maximum depth of approximately 0.50 mm; - the at least one deteriorated area has a maximum transverse dimension of approximately 0.20 mm, for example this maximum transverse dimension is
- the invention further relates to an aircraft turbomachine comprising at least one sealing device according to one of the particularities of the invention, in which the internal and external elements are, respectively, a rotor and a stator of the turbomachine.
- the internal element comprises the plurality of wipers.
- the turbomachine may be a turboprop, a turbojet or a turboshaft engine.
- the invention also proposes a method for maintaining at least one labyrinth-type sealing device so as to obtain a sealing device according to one of the particularities of the invention.
- the method comprises a repair step comprising a sub-step of depositing (i) the at least one touch-up layer comprising the ceramic material on said at least one deteriorated area of the abrasive coating of the plurality of wipers, so as to fill this deteriorated area.
- the maintenance method according to the invention may comprise one or more of the following features, taken in isolation from one another or in combination with one another: - the repair step comprises a sub-step of drying (ii) said at least one touch-up layer deposited on the at least one deteriorated area, for a minimum duration of one hour at room temperature; - the repair step comprises a sub-step (iii) of baking said at least one retouching layer deposited on the at least one damaged area at a maximum temperature of 400°C; - the deposition sub-step (i) is carried out by a tool, such as a brush or an airbrush; -- the repair step may comprise a sub-step of machining or polishing said at least one retouching layer, for example after the drying and baking sub-step(s).
- FIG. 1 is a partial axial sectional view schematically representing lips of a sealing device according to the prior art
- FIG. 2 is an enlarged view of a deteriorated area of the lip of FIG. 1
- FIG. 3 is a schematic half-view in axial section of a sealing device of the invention
- FIG. 4 is a partial axial sectional view schematically representing lips of the sealing device of FIG. 3 comprising a deteriorated area filled with a touch-up layer
- FIG. 5 is an enlarged view representing a flat test specimen of one of the lips of FIG.
- FIG. 4 comprising a first example of the touch-up layer
- FIG. 6 is an enlarged view representing a test specimen flat test of one of the licks of figure 4 including a second example of the retouching layer
- Figure 7 schematically represents in blocks the steps of a maintenance method so as to obtain the sealing device of Figure 4
- Figure 8 is a schematic view of a repair step of the maintenance method of Figure 7.
- FIGS. 1 and 2 have been described in the technical background of the present application and illustrate a sealing device according to the prior art. The invention can be applied in a non-limiting manner to a turbomachine 10, in particular an aircraft.
- the turbomachine 10 can be a turbojet, turboshaft or turboprop.
- one of the modules of the turbomachine 10 chosen from an LP compressor, an HP compressor, an LP turbine and an HP turbine can comprise several stages each comprising a rotor provided with blades and a stator.
- the turbomachine 10 may comprise at least one labyrinth-type sealing device 1.
- This sealing device may be installed in the HP turbine, for example, to control the flow of gas or air or fluid passing axially through the annular space located between the inner periphery of a stator and the outer periphery of a rotor of the HP turbine.
- the sealing device 1 according to one or more embodiments of the invention is illustrated schematically and non-limitingly in FIGS. 3 to 6.
- the labyrinth-type sealing device 1 comprises two annular elements 2, 3 engaged one inside the other.
- an annular element 2 called the inner element is engaged, in a movable manner in rotation about an axis of rotation X, inside an annular element 3 called the outer element.
- This axis X may be substantially parallel and/or identical to a longitudinal axis of the turbomachine 10.
- the internal annular element 2 may be a rotor (such as the rotor of the HP turbine of the turbomachine 10)
- the external annular element 3 may be a stator (such as the stator of the HP turbine of the turbomachine 10).
- the internal 2 and external 3 annular elements may be two rotors of a rotating machine.
- the outer annular element 3 may comprise an abradable portion 4.
- the inner annular element 2 may comprise a plurality of wipers 5.
- the wipers 5 extend around the axis X. These wipers 5 may be opposite the abradable portion 4 and they may be maintained at a small radial distance (relative to the axis X) from this abradable portion 4, such that any flow f of fluid or air from an overpressure zone on one side of the wipers to a lower pressure zone on the other side of the wipers is as small as possible.
- the wipers 5 are driven in rotation while maintaining as little clearance as possible with the abradable portion 4.
- the wipers 5 may be carried by a base body 50, in particular of the internal annular element 2.
- the wipers 5 and in particular their bodies 50 may be made of a metallic material (such as titanium) or a metallic alloy (such as an alloy based on nickel, cobalt and/or titanium).
- the wipers 5 may be of helical shape with various thread profiles in cross section, such as triangular, conical, trapezoidal, etc.
- Each of the wipers 5 comprises an abrasive coating 52.
- the body 50 of the wipers 5 may be covered with the abrasive coating 52.
- the abrasive coating 52 may be based on alumina (also referred to as aluminum oxide (Al2O3)), such as Yttria-containing zirconia, or any other metallic oxide.
- the abrasive coating 52 may be based on Yttria-containing zirconia.
- the abrasive coating 52 may be made of alumina (Al2O3), titanium dioxide (Al2O3-TiO2) or zirconium oxide (ZrO2) stabilized for example with Yttrium (also known as Yttrium zirconia).
- the abrasive coating 52 may be deposited by thermal spraying on the body 50 of the wipers 5.
- At least one sub-layer 51 may be interposed between the abrasive coating 52 and the plurality of wipers 5 (in particular of the body 50).
- This sub-layer 51 may be made of a metal alloy, such as an alloy of nickel aluminum (NiAl), nickel-chromium aluminum (NiCrAl) or nickel-chromium-yttrium aluminum (NiCrAlY).
- This undercoat makes it possible in particular to facilitate the adhesion and the bond between the abrasive coating 52 and the licks 5.
- the abrasive coating 52 may comprise at least one deteriorated zone D (FIGS. 1 and 2).
- the deteriorated zone D may have a first maximum depth ED of approximately 0.50 mm.
- the first depth ED may be measured in a radial direction relative to the X axis.
- the deteriorated area D may have a first maximum transverse dimension (such as a length) LD of about 0.20 mm.
- This first transverse dimension LD may be measured along a direction transverse to the X axis.
- the first maximum transverse dimension LD is about 0.10 mm.
- This deteriorated area D may be filled with at least one touch-up layer 54, as illustrated in FIG. 4.
- This touch-up layer 54 comprises (or consists of) a ceramic material. The touch-up layer 54 may thus completely fill and cover the deteriorated area D, without any empty or unoccupied space or area in this deteriorated area D.
- the touch-up layer 54 may have a second maximum depth E54 measured along a radial direction relative to the X axis.
- the first and second depths ED, E54 may be identical.
- the second maximum depth E54 may be about 0.50 mm.
- the touch-up layer 54 may have a second maximum transverse dimension (such as a length) L54 measured along a direction transverse to the X axis.
- the first and second transverse dimensions LD, L54 may be identical.
- the second maximum transverse dimension L54 may be about 0.20 mm, for example the second maximum transverse dimension L54 may be about 0.10 mm.
- the ceramic material of the touch-up layer 54 may comprise between 50% and 100% ceramic.
- the ceramic material may have physicochemical properties almost equivalent to those of the abrasive coating 52.
- the ceramic material may be in the form of a ceramic slurry or a ceramic cement.
- the slurry and/or the cement may generally form an adhesive (particularly ceramic) so as to bond the touch-up layer 54 to the abrasive coating 52.
- the ceramic material is in the form of ceramic cement.
- cement means a composition essentially of powdered material (such as ceramic, in particular of metal oxide (such as alumina Al2O3, Alumino-silicate or other ceramic), in particular more than 80% or 100% of this powdered material.
- the ceramic cement may comprise an alumina powder of between 80 and 100%.
- Figure 5 illustrates in a non-limiting manner a test specimen representing one of the lips 5 of the sealing device 1 comprising the touch-up layer 54 according to the first embodiment example. The adhesion of this touch-up layer 54 in the form of ceramic cement was measured at approximately 30 MPa. In a non-limiting manner, this adhesion measurement can be obtained according to the ASTM C633 standard.
- the ceramic material is in the form of ceramic slip.
- slip means a mixture of a powdery solid component (such as ceramic, in particular metal oxide (such as alumina Al2O3 or other ceramic)) in a liquid component (such as water), and possibly other components.
- slip differs from cement by its firing to form the cement.
- the formation of the slip can have drying at room temperature (for example of approximately 25°C) or sintering at a temperature greater than 750°C, whereas the formation of the cement may require firing in particular at a temperature, called moderate, less than or equal to 400°C.
- Figure 6 illustrates in a non-limiting manner a test specimen representing one of the lips 5 of the sealing device 1 comprising the touch-up layer 54 according to the second embodiment example. The adhesion of this touch-up layer 54 in the form of ceramic slip was measured at approximately 16 MPa.
- the ceramic slip may comprise an alumina powder, water and a dispersing agent.
- the proportion by total weight of the alumina powder may be between 60 and 70%, of the dispersing agent may be between 1 and 5% and of the water may be between 25 and 39%.
- the ceramic slip may comprise an alumina powder of between 20 and 100 g, a dispersing agent of between 1 and 10 g and water of between 10 and 50 g. Even more preferably, the ceramic slip may comprise an alumina powder of between 30 and 50 g, a dispersing agent of between 1 and 5 g and water of between 10 and 25 g.
- the alumina powder may have a particle size of between 0.1 and 0.60 ⁇ m. Preferably, the particle size of the alumina powder may be between 0.1 and 0.45 ⁇ m.
- this particle size can be measured according to the ISO 13320 standard.
- This ISO 13320 standard makes it possible to determine particles (in particular alumina powder) by analyzing their light scattering properties.
- the alumina powder of the slip or cement can be replaced by another ceramic (such as zirconia ZrO2).
- the dispersing agent can be Darvan ® .
- Darvan ® can comprise ammonium polymethacrylate.
- Such a maintenance method comprises a repair step in particular of the sealing device 1 comprising the damaged area(s) D.
- the different sub-steps of the repair step are summarized in FIG. 7.
- the repair step comprises a sub-step of depositing (i) the touch-up layer 54 comprising the ceramic material on the damaged area D of the abrasive coating 52 of the plurality of wipers 5, so as to fill this damaged area D.
- the depositing sub-step (i) can be carried out by a tool O, such as a brush (FIG. 8), an airbrush or any other tool making it possible to cover the damaged area D uniformly and without surface defects (such as cracks).
- the repair step can comprise a sub-step of drying (ii) the touch-up layer 54 deposited on the damaged area D, for a minimum duration of one hour at room temperature.
- the room temperature can be approximately 25°C.
- the retouching layer 54 of the second embodiment i.e. in the form of ceramic slip
- the repair step can comprise a sub-step (iii) of firing the retouching layer 54 deposited on the damaged area D at a maximum temperature of 400°C.
- the touch-up layer 54 of the first embodiment i.e.
- the drying sub-step (ii) can be carried out before the firing sub-step (iii).
- the repair step can further comprise a finalization sub-step (iv) consisting of polishing or machining the touch-up layer 54 so as to obtain a smooth and uniform surface.
- This optional step (iv) is shown in dotted lines in FIG. 7 and can be carried out after the drying (ii) and firing (iii) sub-step(s).
Landscapes
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Abstract
La présente invention concerne un dispositif d'étanchéité (1) de type labyrinthe pour une turbomachine (10), en particulier d'aéronef, comprenant des éléments annulaires engagés l'un à l'intérieur de l'autre, un de ces éléments étant un élément interne (2) et l'autre de ces éléments étant un élément externe, au moins l'un de ces éléments interne et externe étant mobile en rotation autour d'un axe de rotation (X) et comportant une pluralité de léchettes (5) s'étendant autour de l'axe (X), chacune des léchettes (5) comportant un revêtement abrasif (52), dans lequel le revêtement abrasif (52) comprend au moins une zone détériorée comblée avec au moins une couche de retouche (54) comportant un matériau en céramique.
Description
DESCRIPTION TITRE : DISPOSITIF D’ETANCHEITE A LABYRINTHE POUR UNE TURBOMACHINE COMPORTANT UNE COUCHE DE RETOUCHE EN MATERIAU CERAMIQUE Domaine technique de l'invention Le domaine de la présente invention est celui des turbomachines, en particulier d’aéronef. La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif d’étanchéité à labyrinthe pour une turbomachine et un procédé de maintenance de ce dispositif d’étanchéité. Arrière-plan technique L’état de la technique comprend notamment les documents CA-C-2567888, EP-A1-2143821 et FR-A1-3081498. Une turbomachine notamment d’aéronef comprend, d'amont en aval, une soufflante, un compresseur basse pression (BP), un compresseur haute pression (HP), une chambre de combustion, une turbine haute pression (HP) et une turbine basse pression (BP). Le compresseur BP ou HP et/ou la turbine BP ou HP comprend plusieurs étages comportant chacun un rotor (tel qu’une roue axiale, rouet, roue centripète, etc.) pourvu d'aubes et un stator (redresseur ou distributeur). Le rotor est lui-même constitué, dans le cas d’une roue axiale, d’une partie axisymétrique massive (le disque), sur laquelle sont rapportés (sauf dans le cas de disque à aubage monobloc ou d’un élément centrifuge) des aubes ayant pour but de comprimer ou de détendre les gaz de veine. Par exemple et non limitativement, dans le cas de la turbine HP, les performances et le refroidissement de la turbine sont fonction, entre autre, de la capacité à rendre étanche certains circuits de ventilation d’air de refroidissement. Ainsi, des dispositifs d’étanchéité statiques peuvent être mis en place pour garantir le bon refroidissement (tels que des joints, lamelles,
languettes, etc.). En outre, il est nécessaire de mettre en place des dispositifs d’étanchéité dynamique entre les éléments tournants (dit rotors) et statiques (dit stators) ; ces dispositifs sont communément appelés « labyrinthes ». Un tel dispositif d’étanchéité permet de piloter le débit de gaz ou d’air ou de fluide passant axialement à travers l’espace annulaire situé entre la périphérie interne du stator et la périphérie externe du rotor de la turbine. De manière générale, le dispositif d’étanchéité peut comprendre en outre une partie abradable portée notamment par le stator, en vis-à-vis d’une pluralité de léchettes annulaires (ou dit autrement des lames, rainures, dents, filets ou saillies) perpendiculaires à un axe de rotation X et portée notamment par le rotor. Les léchettes annulaires sont maintenues à faible distance radiale de la partie abradable, de telle sorte que tout écoulement de fluide ou d’air de la zone de surpression d’un côté des léchettes vers la zone de pression plus faible de l’autre côté des léchettes, soit aussi réduit que possible. Ainsi, lors de la rotation du rotor de turbine autour de l’axe X, les léchettes annulaires sont entraînées en rotation tout en conservant un jeu aussi faible que possible avec la partie abradable. En référence à la figure 1, les léchettes 5 du rotor 2 d’un tel dispositif d’étanchéité 1 sont revêtues chacune d’un revêtement abrasif 52 pour favoriser notamment le contact entre le rotor et le stator. Le revêtement abrasif est généralement déposé sur chaque léchette par projection thermique. Cependant, ce revêtement abrasif peut être endommagé lors de la fabrication ou la manutention du rotor constitué de ces léchettes, et/ou en fonctionnement dans la turbomachine. Lorsqu’une zone dite détériorée D de la léchette 5 est endommagée (figures 1 et 2), la procédure classique peut être soit la mise au rebut ou le reconditionnement total du rotor 2. Le reconditionnement total du rotor 2 consiste à réaliser des opérations de décapage des léchettes 5 par retrait de la totalité du revêtement abrasif 52 déposé initialement et d’une nouvelle opération de projection thermique d’un nouveau revêtement abrasif 52 sur ces léchettes 5 décapées. Ceci peut donc
engendrer des surcoûts et des délais importants de fabrication et de livraison des rotors du dispositif d’étanchéité. Dans ce contexte, il est intéressant de pallier au moins certains inconvénients de l’art antérieur en proposant un dispositif d’étanchéité type labyrinthe fiable et à durée de vie améliorée, tout en simplifiant son maintenance et sa réparation. Résumé de l'invention La présente invention a pour but de pallier un ou plusieurs inconvénients de l’art antérieur en proposant une solution qui est simple, efficace et économique. L’invention propose ainsi un dispositif d’étanchéité de type labyrinthe pour une turbomachine, en particulier d’aéronef, comprenant des éléments annulaires engagés l’un à l’intérieur de l’autre, un de ces éléments étant un élément interne et l’autre de ces éléments étant un élément externe, au moins l’un de ces éléments interne et externe étant mobile en rotation autour d’un axe de rotation X et comportant une pluralité de léchettes s’étendant autour de l’axe X, chacune des léchettes comportant un revêtement abrasif. Selon l’invention, le revêtement abrasif comprend au moins une zone détériorée comblée avec au moins une couche de retouche comportant un matériau en céramique. Ainsi, cette solution permet d’atteindre l’objectif susmentionnée. En particulier, le revêtement abrasif présentant une ou plusieurs zones détériorées peuvent être réparées de façon rapide et efficace en appliquant une ou plusieurs couches dites de retouche. Chaque couche de retouche recouvre totalement la zone détériorée de façon à protéger à la fois le revêtement abrasif et la léchette du dispositif d’étanchéité. Cette couche de retouche est à base de matériau en céramique pour former notamment un adhésif qui s’adhère facilement au revêtement abrasif. Le matériau en céramique présente des propriétés physico-chimiques adaptées et
avantageuses pour les léchettes du dispositif d’étanchéité. En effet, il permet, d’une part, de renforcer la résistance à la corrosion et à l’usure, et d’autre part, d’obtenir une surface uniforme, lisse et donc sans défaut de surface (tel que des criques, écaillages, rugosités, etc.) des léchettes. Ainsi, la solution proposée permet globalement d’optimiser la durée de vie du dispositif d’étanchéité. Par ailleurs, la solution proposée contribue notablement à limiter les impacts environnementaux, notamment pour ces applications de réparation, en évitant le rebus de pièces endommagées ou usées en permettant la réparation de celles-ci par ajout de la couche de retouche localement, contribuant à ainsi réduire l’impact environnemental. Ceci permet également de réduire les surcoûts et délais liés à un reconditionnement total du dispositif d’étanchéité présentant une ou plusieurs zones détériorées. L’invention présente par conséquent l’avantage de reposer sur une conception simple, offrant une très grande fiabilité, et peu pénalisante en termes de coûts et d’encombrement. On entend par « zone détériorée », une portion endommagée par un impact provenant lors de la fabrication, manutention ou en fonctionnement de la pièce. Cette portion endommagée peut être un écaillage ou une fente (ou fissure, rainure, etc.) de forme et de dimension variable selon l’impact. Le revêtement abrasif est ainsi absente dans cette portion endommagée. On entend par le terme « comblé », la zone détériorée de l’invention qui est entièrement (soit totalement ou à 100%) occupé par la couche de retouche, sans espace ou zone vide ou inoccupé(e) dans cette zone détériorée. On entend par « céramique », un matériau ayant un corps vitreux ou non, de structure cristalline ou partiellement cristalline, ou de verre, dont le corps est formé de substances essentiellement inorganiques et non métalliques, et qui est formé par une masse en fusion qui se solidifie en se refroidissant, ou qui est formé et portée à maturité, en même temps ou ultérieurement, par l’action de la chaleur.
Le dispositif d’étanchéité selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - ledit revêtement abrasif est à base d’alumine, telle que de zircone Yttriée ; -- ledit revêtement abrasif est à base de zircone Yttriée ; - ledit matériau en céramique comprend entre 50 et 100% de céramique ; - ledit matériau en céramique est sous forme d’un ciment céramique ; - ledit matériau en céramique est sous forme d’une barbotine céramique ; - ladite barbotine céramique comprend une poudre d’alumine comprise entre 60 et 70 %, un agent dispersant compris entre 1 et 5 % et de l’eau compris entre 25 et 39% ; - la poudre d’alumine présente une granulométrie comprise entre 0,1 et 0,60 µm, de préférence la granulométrie est de 0,1 et 0,45 µm ; - l’au moins une zone détériorée présente une profondeur maximale d’environ 0,50 mm ; - l’au moins une zone détériorée présente une dimension transversale maximale d’environ 0,20 mm, par exemple cette dimension transversale maximale est d’environ 0,10 mm ; -- chaque léchette comprend un corps réalisé en matériau métallique, tel qu’en titane, ou en alliage métallique, tel qu’en alliage à base de nickel, cobalt et/ou titane ; -- le revêtement abrasif est en oxyde d’aluminium (Al2O3), dioxyde de titane (Al2O3-TiO2) ou oxyde de zirconium (ZrO2) stabilisé par exemple avec l’Yttrine ; - le dispositif d’étanchéité comprend au moins une sous-couche intercalée entre le revêtement abrasif et la pluralité de léchettes ; -- la sous-couche est réalisée en alliage métallique, tel qu’en alliage d’aluminium nickel (NiAl), d’aluminium nickel-chrome (NiCrAl) ou d’aluminium nickel-chrome-yttrium (NiCrAlY) ;
-- ladite barbotine céramique comprend une poudre d’alumine comprise entre 20 et 100 g, un agent dispersant compris entre 1 et 10 g et de l’eau compris entre 10 et 50 g ; -- ladite barbotine céramique comprend une poudre d’alumine comprise entre 30 et 50 g, un agent dispersant compris entre 1 et 5 g et de l’eau compris entre 10 et 25 g. L’invention concerne en outre une turbomachine d’aéronef comprenant au moins un dispositif d’étanchéité selon l’une des particularités de l’invention, dans laquelle les éléments interne et externe sont, respectivement, un rotor et un stator de la turbomachine. Par exemple l’élément interne comprend la pluralité de léchettes. La turbomachine peut être un turbopropulseur, un turboréacteur ou un turbomoteur. L’invention propose également un procédé de maintenance d’au moins un dispositif d’étanchéité de type labyrinthe de façon à obtenir un dispositif d’étanchéité selon l’une des particularités de l’invention. Le procédé comprend une étape de réparation comportant une sous étape de dépôt (i) de l’au moins une couche de retouche comportant le matériau en céramique sur ladite au moins une zone détériorée du revêtement abrasif de la pluralité de léchettes, de façon à combler cette zone détériorée. Le procédé de maintenance selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - l’étape de réparation comprend une sous étape de séchage (ii) de ladite au moins une couche de retouche déposée sur l’au moins une zone détériorée, pendant une durée minimum d’une heure à température ambiante ;
- l’étape de réparation comprend une sous étape de cuisson (iii) de ladite au moins une couche de retouche déposée sur l’au moins une zone détériorée à une température maximale de 400°C ; - la sous étape de dépôt (i) est réalisée par un outillage, tel qu’un pinceau ou un aérographe ; -- l’étape de réparation peut comprendre une sous étape d’usinage ou de polissage de ladite au moins une couche de retouche, par exemple après la ou les sous étapes de séchage et de cuisson. Brève description des figures L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue partielle en coupe axiale représentant schématiquement des léchettes d’un dispositif d’étanchéité selon l’art antérieur, la figure 2 est une vue agrandie sur une zone détériorée de la léchette de la figure 1, la figure 3 est une demi vue schématique en coupe axiale d’un dispositif d’étanchéité de l’invention, la figure 4 est une vue partielle en coupe axiale représentant schématiquement des léchettes du dispositif d’étanchéité de la figure 3 comportant une zone détériorée comblée avec une couche de retouche, la figure 5 est une vue agrandie représentant une éprouvette d’essai plane d’une des léchettes de la figure 4 comportant un premier exemple de la couche de retouche, la figure 6 est une vue agrandie représentant une éprouvette d’essai plane d’une des léchettes de la figure 4 comportant un second exemple de la couche de retouche,
la figure 7 représente schématiquement en blocs les étapes d’un procédé de maintenance de façon à obtenir le dispositif d’étanchéité de la figure 4, la figure 8 est une vue schématique d’une étape de réparation du procédé de maintenance de la figure 7. Les éléments ayant les mêmes fonctions dans les différentes mises en œuvre ont les mêmes références dans les figures. Description détaillée de l'invention Par convention, dans la description ci-après, les termes « longitudinal » et « axial » qualifient l'orientation d'éléments structurels s'étendant selon la direction d’un axe longitudinal (tel que d’une turbomachine). Les termes « radial » ou « vertical » qualifient une orientation d'éléments structurels s'étendant selon une direction perpendiculaire à l'axe longitudinal. Les termes « intérieur » et « extérieur », et « interne » et « externe » sont utilisés en référence à un positionnement par rapport à l’axe longitudinal. Ainsi, un élément structurel s'étendant selon l'axe longitudinal comporte une face intérieure tournée vers l'axe longitudinal et une surface extérieure, opposée à sa surface intérieure. De même, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport au sens de circulation des gaz dans l’ensemble propulsif d’aéronef. Les figures 1 et 2 ont été décrites dans l’arrière-plan technique de la présente demande et illustre un dispositif d’étanchéité selon l’art antérieur. L’invention peut s’appliquer de façon non limitative à une turbomachine 10, en particulier d’aéronef. La turbomachine 10 peut être un turboréacteur, turbomoteur ou turbopropulseur. Tel que décrit ci-dessus, un des modules de la turbomachine 10 choisi parmi un compresseur BP, un compresseur HP, une turbine BP et une turbine HP peut comprendre plusieurs étages comportant chacun un rotor pourvu d'aubes et un stator.
La turbomachine 10 peut comprendre au moins un dispositif d’étanchéité 1 de type labyrinthe. Ce dispositif d’étanchéité peut être mis en place dans la turbine HP par exemple, pour piloter le débit de gaz ou d’air ou de fluide passant axialement à travers l’espace annulaire situé entre la périphérie interne d’un stator et la périphérie externe d’un rotor de la turbine HP. Le dispositif d’étanchéité 1 selon un ou plusieurs modes de réalisation de l’invention est illustré de façon schématique et non limitative sur les figures 3 à 6. En référence à la figure 3, le dispositif d’étanchéité 1 de type labyrinthe comprend deux éléments annulaire 2, 3 engagés l’un à l’intérieur de l’autre. En particulier, un élément annulaire 2 dit interne est engagé, de façon mobile en rotation autour d’un axe de rotation X, à l’intérieur d’un élément annulaire 3 dit externe. Cet axe X peut être sensiblement parallèle et/ou identique à un axe de longitudinal de la turbomachine 10. Sur l’exemple de la figure 3 et de façon non limitative, l’élément annulaire 2 interne peut être un rotor (tel que le rotor de la turbine HP de la turbomachine 10), et l’élément annulaire 3 externe peut être un stator (tel que le stator de la turbine HP de la turbomachine 10). En variante non illustrée sur les figures, les éléments annulaires interne 2 et externe 3 peuvent être deux rotors d’une machine tournante. L’élément annulaire 3 externe peut comprendre une partie abradable 4. L’élément annulaire 2 interne peut comprendre une pluralité de léchettes 5. Les léchettes 5 s’étendent autour de l’axe X. Ces léchettes 5 peuvent être en vis-à-vis de la partie abradable 4 et elles peuvent être maintenues à faible distance radiale (par rapport à l’axe X) de cette partie abradable 4, de telle sorte que tout écoulement f de fluide ou d’air d’une zone de surpression d’un côté des léchettes vers une zone de pression plus faible de l’autre côté des léchettes, soit aussi réduit que possible. Ainsi, lors de la rotation de l’élément annulaire interne 2, les léchettes 5 sont entraînées en rotation tout en conservant un jeu aussi faible que possible avec la partie abradable 4.
Les léchettes 5 peuvent être portées par un corps 50 de base notamment de l’élément annulaire 2 interne. Par exemple, les léchettes 5 et notamment leurs corps 50 peuvent être réalisées en matériau métallique (tel qu’en titane) ou en alliage métallique (tel qu’en alliage à base de nickel, cobalt et/ou titane). Les léchettes 5 peuvent être de forme hélicoïdale avec divers profils de filets en section transversale, tels que triangulaire, conique, trapézoïdal, etc. Chacune des léchettes 5 comprend un revêtement abrasif 52. En particulier, le corps 50 des léchettes 5 peut être recouvert du revêtement abrasif 52. Le revêtement abrasif 52 peut être à base d’alumine (également désigné par oxyde d’aluminium (Al2O3)), telle que de zircone Yttriée, ou tout autre oxyde métallique. Le revêtement abrasif 52 peut être à base de zircone Yttriée. A titre d’exemple, le revêtement abrasif 52 peut être en alumine (Al2O3), dioxyde de titane (Al2O3-TiO2) ou oxyde de zirconium (ZrO2) stabilisé par exemple avec l’Yttrine (également connu sous la désignation de zircone Yttriée). Le revêtement abrasif 52 peut être déposé par projection thermique sur le corps 50 des léchettes 5. Avantageusement, au moins une sous-couche 51 peut être intercalée entre le revêtement abrasif 52 et la pluralité de léchettes 5 (notamment du corps 50). Cette sous-couche 51 peut être réalisée en alliage métallique, tel qu’en alliage d’aluminium nickel (NiAl), d’aluminium nickel-chrome (NiCrAl) ou d’aluminium nickel-chrome-yttrium (NiCrAlY). Cette sous-couche permet notamment de faciliter l’adhérence et la liaison entre le revêtement abrasif 52 et les léchettes 5. Tel que décrit ci-dessus, le revêtement abrasif 52 peut comprendre au moins une zone détériorée D (figures 1 et 2). La zone détériorée D peut présenter une première profondeur maximale ED d’environ 0,50 mm. La première profondeur ED peut être mesurée suivant une direction radiale par rapport à l’axe X.
La zone détériorée D peut présenter une première dimension transversale (telle qu’une longueur) maximale LD d’environ 0,20 mm. Cette première dimension transversale LD peut être mesurée suivant une direction transversale à l’axe X. Par exemple, la première dimension transversale LD maximale est d’environ 0,10 mm. L’une des particularités de l’invention est que cette zone détériorée D peut être comblée avec au moins une couche de retouche 54, telle qu’illustrée que la figure 4. Cette couche de retouche 54 comprend (ou constituée d’) un matériau en céramique. La couche de retouche 54 peut ainsi remplir et recouvrir entièrement la zone détériorée D, sans espace ou zone vide ou inoccupé(e) dans cette zone détériorée D. La couche de retouche 54 peut présenter une seconde profondeur maximale E54 mesurée suivant une direction radiale par rapport à l’axe X. Les première et seconde profondeurs ED, E54 peuvent être identiques. La seconde profondeur E54 maximale peut être d’environ 0,50 mm. La couche de retouche 54 peut présenter une seconde dimension transversale (telle qu’une longueur) maximale L54 mesurée suivant une direction transversale à l’axe X. Les première et seconde dimensions transversales LD, L54 peuvent être identiques. La seconde dimension transversale L54 maximale peut être d’environ 0,20 mm, par exemple la seconde dimension transversale L54 maximale peut être d’environ 0,10 mm. Le matériau en céramique de la couche de retouche 54 peut comprendre entre 50% et 100% de céramique. Les avantages du matériau en céramique sont par exemple qu’il peut être utilisé à une température maximale d’environ 1300°C et il peut avoir une force d’adhérence minimum d’environ 15MPa. Par ailleurs, le matériau en céramique peut présenter des propriétés physico- chimiques quasi-équivalentes à celles du revêtement abrasif 52.
Le matériau en céramique peut être sous forme d’une barbotine céramique ou d’un ciment céramique. La barbotine et/ou le ciment peuvent former de manière générale un adhésif (notamment en céramique) de façon à lier la couche de retouche 54 au revêtement abrasif 52. Selon un premier exemple de réalisation de la couche de retouche 54 de l’invention, le matériau en céramique est sous forme de ciment céramique. On entend par « ciment », une composition essentiellement de matière pulvérulente (telle que de la céramique, en particulier d’oxyde métallique (tel que l’alumine Al2O3, Alumino-silicate ou autre céramique), notamment à plus de 80% ou à 100% de cette matière pulvérulente. Le ciment céramique peut comprendre une poudre d’alumine comprise entre 80 et 100%. La figure 5 illustre de façon non limitative une éprouvette d’essai représentant une des léchettes 5 du dispositif d’étanchéité 1 comportant la couche de retouche 54 selon le premier exemple de réalisation. L’adhérence de cette couche de retouche 54 sous forme de ciment céramique a été mesurée à environ 30 MPa. De façon non limitative, cette mesure d’adhérence peut être obtenue selon la norme ASTM C633. Cette norme ASTM C633 permet de déterminer la force d’adhésion ou de cohésion d’une projection thermique en soumettant à une tension perpendiculaire à la surface de l’éprouvette d’essai. Selon un second exemple de réalisation de la couche de retouche 54 de l’invention, le matériau en céramique est sous forme de barbotine céramique. On entend par « barbotine », un mélange d’un composant solide pulvérulent (tel que de la céramique, en particulier d’oxyde métallique (tel que l’alumine Al2O3 ou autre céramique)) dans un composant liquide (tel que l’eau), et éventuellement d’autres composants. A titre d’exemple, la barbotine se différencie du ciment par sa cuisson pour former le ciment. En effet, la formation de la barbotine peut présenter un séchage à température ambiante
(par exemple d’environ 25°C) ou un frittage à une température supérieure à 750°C, alors que la formation du ciment peut nécessiter une cuisson notamment à une température, dite modérée, inférieure ou égale à 400°C. La figure 6 illustre de façon non limitative une éprouvette d’essai représentant une des léchettes 5 du dispositif d’étanchéité 1 comportant la couche de retouche 54 selon le second exemple de réalisation. L’adhérence de cette couche de retouche 54 sous forme de barbotine céramique a été mesurée à environ 16 MPa. La barbotine céramique peut comprendre une poudre d’alumine, de l’eau et un agent dispersant. La proportion en poids total de la poudre d’alumine peut être comprise entre 60 et 70%, de l’agent dispersant peut être comprise entre 1 et 5% et de l’eau peut être comprise entre 25 et 39%. Préférentiellement, la barbotine céramique peut comprendre une poudre d’alumine comprise entre 20 et 100 g, un agent dispersant compris entre 1 et 10 g et de l’eau compris entre 10 et 50 g. Encore plus préférentiellement, la barbotine céramique peut comprendre une poudre d’alumine comprise entre 30 et 50 g, un agent dispersant compris entre 1 et 5 g et de l’eau compris entre 10 et 25 g. La poudre d’alumine peut présenter une granulométrie comprise entre 0,1 et 0,60 µm. De préférence, la granulométrie de la poudre d’alumine peut être comprise entre 0,1 et 0,45 µm. De façon non limitative, cette granulométrie peut être mesurée selon la norme ISO 13320. Cette norme ISO 13320 permet de déterminer des particules (notamment de poudre d’alumine) par l’analyse de leurs propriétés de diffusion de la lumière. Dans une variante, la poudre d’alumine de la barbotine ou du ciment peut être remplacée par une autre céramique (telle que de la zircone ZrO2). L’agent dispersant peut être du Darvan®. Le Darvan® peut comprendre du polyméthacrylate d’ammonium.
En référence aux figures 7 et 8, la présente demande va maintenant décrire un procédé de maintenance du dispositif d’étanchéité 1 comportant l’au moins une zone détériorée D, de façon à obtenir le dispositif d’étanchéité 1 de type labyrinthe de l’invention (c’est-à-dire avec l’au moins une zone détériorée D comblé avec l’au moins une couche de retouche 54). Un tel procédé de maintenance comprend une étape de réparation notamment du dispositif d’étanchéité 1 comportant la ou les zones détériorées D. Les différentes sous étapes de l’étape de réparation sont résumées sur la figure 7. En particulier, l’étape de réparation comprend une sous étape de dépôt (i) de la couche de retouche 54 comportant le matériau en céramique sur la zone détériorée D du revêtement abrasif 52 de la pluralité de léchettes 5, de façon à combler cette zone détériorée D. La sous étape de dépôt (i) peut être réalisée par un outillage O, tel qu’un pinceau (figure 8), un aérographe ou tout autre outillage permettant de recouvrir la zone détériorée D de façon uniforme et sans défaut de surface (tel que de type criques). L’étape de réparation peut comprendre une sous étape de séchage (ii) de la couche de retouche 54 déposée sur la zone détériorée D, pendant une durée minimum d’une heure à température ambiante. La température ambiante peut être d’environ 25°C. A titre d’exemple, la couche de retouche 54 du second exemple de réalisation (c’est-à-dire sous forme de barbotine céramique) peut être appliquée sur la zone détériorée D des léchettes 5 par le pinceau, puis cette couche de retouche 54 peut être séchée à température ambiante pendant au moins 1 h 30 min. L’étape de réparation peut comprendre une sous étape de cuisson (iii) de la couche de retouche 54 déposée sur la zone détériorée D à une température maximale de 400°C.
A titre d’exemple, la couche de retouche 54 du premier exemple de réalisation (c’est-à-dire sous forme de ciment céramique) peut être appliquée sur la zone détériorée D des léchettes 5, puis cette couche de retouche 54 peut être chauffée à 200°C par exemple dans une étuve. La sous étape de séchage (ii) peut être réalisée avant la sous étape de cuisson (iii). L’étape de réparation peut comprendre en outre une sous étape de finalisation (iv) consistant à un polissage ou un usinage de la couche de retouche 54 de façon à obtenir une surface lisse et uniforme. Cette étape (iv) optionnelle est représentée en pointillée sur la figure 7 et peut être réalisée après la ou les sous étapes de séchage (ii) et de cuisson (iii).
Claims
REVENDICATIONS 1. Dispositif d’étanchéité (1) de type labyrinthe pour une turbomachine (10), en particulier d’aéronef, comprenant des éléments annulaires (2, 3) engagés l’un à l’intérieur de l’autre, un de ces éléments étant un élément interne (2) et l’autre de ces éléments étant un élément externe (3), au moins l’un de ces éléments interne et externe (2, 3) étant mobile en rotation autour d’un axe de rotation (X) et comportant une pluralité de léchettes (5) s’étendant autour de l’axe (X), chacune des léchettes (5) comportant un revêtement abrasif (52), caractérisé en ce que le revêtement abrasif (52) comprend au moins une zone détériorée (D) comblée avec au moins une couche de retouche (54) comportant un matériau en céramique. 2. Dispositif d’étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit revêtement abrasif (52) est à base d’alumine, telle que de zircone Yttriée. 3. Dispositif d’étanchéité selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit matériau en céramique comprend entre 50 et 100% de céramique. 4. Dispositif d’étanchéité selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit matériau en céramique est sous forme d’un ciment céramique. 5. Dispositif d’étanchéité selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit matériau en céramique est sous forme d’une barbotine céramique. 6. Dispositif d’étanchéité selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite barbotine céramique comprend une poudre d’alumine comprise entre 60 et 70 %, un agent dispersant compris entre 1 et 5 % et de l’eau compris entre 25 et 39%. 7. Dispositif d’étanchéité selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la poudre d’alumine présente une granulométrie comprise entre 0,1 et 0,60 µm, de préférence la granulométrie est de 0,1 et 0,45 µm.
8. Dispositif d’étanchéité selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’au moins une zone détériorée (D) présente une profondeur maximale (ED) d’environ 0,50 mm. 9. Dispositif d’étanchéité selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’au moins une zone détériorée (D) présente une dimension transversale maximale (LD) d’environ 0,20 mm, par exemple cette dimension transversale maximale (LD) est d’environ 0,10 mm. 10. Dispositif d’étanchéité selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d’étanchéité (1) comprend au moins une sous-couche (51) intercalée entre le revêtement abrasif (52) et la pluralité de léchettes (5). 11. Turbomachine (10) d’aéronef comprenant au moins un dispositif d’étanchéité (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les éléments interne (2) et externe (3) sont, respectivement, un rotor et un stator de la turbomachine, par exemple l’élément interne (2) comprend la pluralité de léchettes (5). 12. Procédé de maintenance d’au moins un dispositif d’étanchéité (1) de type labyrinthe de façon à obtenir un dispositif d’étanchéité (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le procédé comprend une étape de réparation comportant une sous étape de dépôt (i) de l’au moins une couche de retouche (54) comportant le matériau en céramique sur ladite au moins une zone détériorée (D) du revêtement abrasif (52) de la pluralité de léchettes (5), de façon à combler cette zone détériorée (D). 13. Procédé de maintenance selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’étape de réparation comprend une sous étape de séchage (ii) de ladite au moins une couche de retouche (54) déposée sur l’au moins une zone détériorée (D), pendant une durée minimum d’une heure à température ambiante. 14. Procédé de maintenance selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que l’étape de réparation comprend une sous étape de cuisson (iii) de
ladite au moins une couche de retouche (54) déposée sur l’au moins une zone détériorée (D) à une température maximale de 400°C. 15. Procédé de maintenance selon l’une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que la sous étape de dépôt (i) est réalisée par un outillage (O), tel qu’un pinceau ou un aérographe.
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Patent Citations (3)
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