Comparaisons de solutions technologiques d’étanchéité statique basées sur la mesure de débits de fuite Created by Roger Vauthier on 22/02/2011 11:37:51 L’obtention d’un gain en rendement des turbomoteurs passe par l’am´elioration des connaissances en mati`ere d’étanch´eité statique. Dans cet optique, ce travail porte sur la caractérisation expérimentale des débits de fuite au travers de trois configurations types d’étanchéité statique identifiées dans les turbomoteurs : contact direct plan/plan (étanchéité directe), joints E-ring et joints segments (étanchéités indirectes). Le dispositif expérimental utilisé est articulé autour d’une zone modulaire dans laquelle chacune des trois technologies d’étanchéité est testée. Dans le cas du contact plan/plan, deux disques en alliage de nickel, de diamêtre extérieur 230mm et d’épaisseur 18mm, obtenus par tournage, sont placés en vis à-vis. L’un des deux pr´esente un listel, de sorte que la zone de contact est annulaire, de rayon int´erieur 110mm et de largeur 1; 5mm. L’effort de serrage imposé est au maximum de 9000N, soit une pression de serrage apparente maximale d’environ 8; 6MPa. Des relevés topographiques, effectués sur chacune des portées des éprouvettes préalablement aux essais, mettent en évidence un d´efaut d’ondulation de type trilobage (amplitude crˆete à crête de l’ordre de 30m) caractéristique d’une prise de pièce en mandrin 3 mords. Les joints E-ring testès sont à effet autoclave vers l’extérieur. Trois références différentes ont été sélectionnées, correspondant à trois hauteurs libres (3/32”, 1/8”, 3/16”) pour un même diamêtre nominal. En fonction de la pression de gaz et de l’effort de serrage imposés, l’enfoncement du joint est ici mesuré en plus du débit de fuite. Les joints segments testés sont de deux types (`a effet ressort vers l’ext´erieur et vers l’int´erieur), avec deux diamêtres nominaux par type. Le dispositif de serrage est dans cette configuration utilisé pour contenir l’effet de fond. En effet, l’effort de serrage utile à l’étanchéité est ici induit et non imposé comme pour les deux autres technologies d’´etanchéité testées. D’un point de vue quantitatif, les d´ebits de fuite mesurés ont permis de classer en terme d’efficacité les trois configurations d’étanchéité : les joints les plus efficaces sont les joints E-ring, suivis du contact plan/plan. Les joints segments sont en ordre de grandeur trés perméables devant les deux autres technologies. D’un point de vue qualitatif, les essais d’étanchéité directe réalisés, pour lesquels un paramêtre supplémentaire de positionnement relatif des d´efauts des deux antagonistes a été considéré, ont clairement confirmé la forte d´ependance de la fuite vis-à-vis du d´efaut d’ondulation relevé. De ce fait, le concepteur a tout intérêt `a intégrer la spécification des écarts d’ondulation pour la fabrication des zones d’étanchéité, en plus des crit`eres de rugosité habituels. Pour les joints segments, qui sont montés par paire, la fuite a principalement lieu au niveau de la fente de montage du segment installé coté basse pression.
