Contact à grande vitesse en zone labyrinthe, identification des phénomènes mécaniques et thermiques et du comportement des matériaux

High speed contact in labyrinth area, identification of mechanical and thermal phenomena and of behavior of the materials

• Auteur / Autrice : Mael Thevenot
• Direction : Jean Denape, Gilles Dessein
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science et Génie des Matériaux
• Date : Soutenance le 17/02/2020
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Matière (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Génie de Production (Tarbes ; 1989-....)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Montmitonnet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean Denape, Gilles Dessein, Sylvie Descartes, Sylvain Philippon, Christine Boher
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sylvie Descartes, Sylvain Philippon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Étanchéité

Traitement thermomécanique

Mots clés libres

Joint labyrinthe

Revêtement abradable

Contact à haute vitesse

Comportement thermomécanique

Mécanismes d'usure

Circuit tribologique

Troisième corps

Labyrinth seal

Abradable coating

High-speed contact

Thermomechanical behaviour

Wear mechanisms

Tribological circuit

Third body

Résumé

La maitrise de l'étanchéité des systèmes d'air dans les turboréacteurs est améliorée en minimisant le jeu entre les pièces tournantes et le carter qui les entoure, garantissant un meilleur rendement du moteur. La réduction de ce jeu permet de diminuer les fuites aérodynamiques à travers le moteur, mais cela peut occasionner des contacts indésirables entre les pièces en rotation à haute vitesse et les pièces fixes en vis-à-vis. Les joints labyrinthes sont des systèmes d'étanchéité dont la partie fixe est revêtue d'un matériau abradable sacrificiel afin de limiter l'endommagement de la partie rotor du joint. Ces interactions labyrinthe-abradable peuvent être critiques pour le bon fonctionnement du joint. L'objectif de cette thèse est d'identifier expérimentalement l'influence des conditions de contact sur les mécanismes d'interaction en jeu. Un banc de contact haute vitesse développé pour l'étude permet de reproduire des conditions de contacts proches de celles survenant sur turboréacteur. Deux configurations de contact qui se produisent dans différents endroits du moteur sont étudiées, avec trois revêtements massifs et trois revêtements alvéolés, aux matériaux et à la géométrie distinctes. La caractérisation thermomécanique des interactions est réalisée avec une instrumentation spécifiquement développée sur le banc. A l'analyse expérimentale est couplée une méthode d'analyse tribologique, basée sur le concept du troisième corps. À travers cette approche les débits de matière engendrées par les interactions sont identifiés et permettent de décrire l'évolution du comportement du contact (circuit tribologique). Ces travaux de thèse ont été réalisés dans le cadre d'une collaboration entre Safran Tech Saclay (groupe SAFRAN), Safran Aircraft Engines Villaroche (groupe SAFRAN) et le Laboratoire Génie de Production (LGP) de Tarbes

Improving the control over sealing of secondary air systems of aircraft engines require a minimum gap clearance between rotating parts and the surrounding casing, which guarantees higher engine efficiency. The tight clearance allows to reduce leakage flows but may leads to undesirable interactions between the static and rotating parts. Labyrinth seals are dynamic sealing systems for which an abradable coating is deposited on the stationary part of the seal to limit the damage of the rotating shaft. Depending on contact conditions, labyrinth-abradable interactions are potentially critical for the seal. This study aims to identify experimentally the material behaviour during these contact conditions. A high-speed contact test rig was developed to recreate contact conditions occurring in an aircraft engine. Two contact configurations involved in different locations of the engine were explored, with three thermally sprayed coatings and three honeycomb coatings, presenting different materials and surface areas. Thermomechanical characterisation is achieved with a specific instrumentation designed for the study. A tribological analysis based on the third body concept is coupled to the experimental analysis. This approach allows to identify wear mechanisms and material flows through the contact (tribological circuit), which determine the thermomechanical constraints in the high-speed contact. This work was achieved within the framework of cooperation between Safran Tech Saclay (SAFRAN group), Safran Aircraft Engines Villaroche (SAFRAN group) and the Laboratoire Génie de Production (LGP) de Tarbes