Etude expérimentale des systèmes d'étanchéité de type labyrinthe pour turbomachine par l'étude du contact grande vitesse

par Corentin Delebarre

Thèse de doctorat en Science et Génie des Matériaux

Sous la direction de Jean Denape et de Gilles Dessein.

Soutenue le 18-12-2015

à Toulouse, INPT , dans le cadre de École Doctorale Sciences de la Matière (Toulouse) , en partenariat avec Laboratoire Génie de production (Tarbes) (laboratoire) .

Le président du jury était Bernard Viguier.

Le jury était composé de Jean Denape, Gilles Dessein, Sylvain Philippon, Ahmed Allal, Julien Gurt Santanach.

Les rapporteurs étaient Yannick Desplanques, Emmanuel Duc.


  • Résumé

    Une des solutions envisagées par les motoristes pour améliorer le rendement des turbomoteurs consiste à réduire le jeu en fonctionnement dans les deux systèmes d’air des turbomachines. Plus particulièrement dans le système d’étanchéité d’air secondaire, la réduction du jeu entre les parties fixes et tournantes améliore le contrôle des étanchéités du moteur et les niveaux de refroidissement entre les différents modules des turbomoteurs, mais entraînent des interactions indésirables entre les différents composants. Les systèmes d’étanchéité dynamiques sont composés de joints labyrinthes couplés à un revêtement abradable sacrificiel en vis-à-vis, qui offre la particularité de s’user préférentiellement en préservant la majeure partie du système d’étanchéité en évitant une usure de la partie tournante. L’objectif de cette thèse est de reproduire et d’étudier, par l’intermédiaire d’un banc technologique haute vitesse spécialement conçu pour l’étude, les interactions labyrinthe-abradable appliquées au couple acier inoxydable/Al-Si 6%, dans des conditions de fonctionnement d’un turbomoteur. Une instrumentation spécifique est développée sur le banc et apporte à l’étude les données expérimentales manquantes visant à la caractérisation des interactions labyrinthe-abradable. Une analyse tribologique, basée sur le concept de troisième corps, est menée afin d’identifier les différents débits de matière puis de décrire les étapes successives des mécanismes d’usure (circuit tribologique) du revêtement Al-Si 6%. L’influence des paramètres de pilotage de l’interaction et de la géométrie du joint a été étudiée. Enfin, une étude statistique basée sur l’iconographie des corrélations, permet de modéliser le comportement global du système labyrinthe-abradable, d’identifier les paramètres influents du système et d’apporter des critères pour une potentielle surveillance des interactions. Ces travaux de thèse ont été réalisés dans le cadre d’une collaboration entre TURBOMECA Bordes (groupe SAFRAN), et le Laboratoire Génie Production (LGP) de Tarbes.

  • Titre traduit

    Experimental study of the labyrinth sealing system for turbo-engine by studying high speed interaction


  • Résumé

    S of turbomachinery. Especially in the secondary air sealing system, the tight clearance between the stationary and rotating parts improves control of engine seals and cooling levels between the different modules of the engines but may cause undesirable interactions between the static and rotating components. Dynamic sealing systems are composed of labyrinth seals coupled to a sacrificial abradable coating, which can accommodate interactions to preserve the global geometrical seal integrity. The objective of this thesis is to study and reproduce, through a technological high speed test rig specifically designed for the study, the labyrinth-abradable interactions applied to stainless steel/Al-Si 6% couple, under similar turbo-engine operating conditions. A suitable instrumentation is developed on the test ring to complete missing experimental data to characterize abradable labyrinth interactions. A tribological study, based on the third body concept, is proposed to identify wear mechanisms process of the Al-Si 6% coating. The influence of interaction control parameters and the seal geometry was investigated. Finally, a statistical study, based on the iconography of the correlation, is proposed to model the overall labyrinth-abradable system behavior and to identify influential parameters of the system and provide suitable criteria to monitor labyrinth seal interactions. This work was achieved within the framework of cooperation between TURBOMECA Bordes (SAFRAN Group), and the Laboratoire Génie de Production (LGP) de Tarbes.



Le texte intégral de cette thèse sera accessible librement à partir du 18-12-2025

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