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Garniture universelle d'étanchéité susceptible de jouer en même temps le rôle de palier étanche et d'élément étanche de -centrage.
La présente invention est relative à une garniture, ayant pour but de réaliser l'étanchéité entre deux pièces mécaniques qui se trouvent en mouvement de rotation relative, susceptible d'être utilisée dans les mêmes conditions de mouvement comme palier étanche, comme butée élastique et étanche et comme soupape automatique.
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Les différentes garnitures actuellement connues utilisent soit un diaphragme souple de profil variable, plus ou moins plat, tel que celui représenté sur les figures 1 et 2, soit une membrane cylindrique telle que représentée sur la figure 3. Ces éléments sont utilisés pour leur qualité propre d'étanchéité et pour leur souplesse qui permet un jeu relatif dans le sens axial, des pièces tournantes entre les- quelles l'étanchéité doit être réalisée. En plus des dia- phragmes ci-dessus, ces garnitures comportent un corps élas- tique, en général un ressort à boudin, assurant la pression moyenne nécessaire entre les surfaces d'étanchéité en frot- tement qui sont, d'un côté, la surface de butée B et de l'autre côté, la surface d'un élément (glace d'étanchéité) appartenant à la garniture tel que 6 (figure 2).
La pression moyenne est celle qu'exerce le ressort dans la position moyenne de la butée B (diagramme des figures 4 et 4a) entre les deux positions extrêmes de son battement axial possible ayant l'amplitude #.
Afin de donner une plus grande souplesse à cette garniture, on donnait aux ressorts un nombre de spire& rela- tivement grand d'où., pour le ressort, une grande longueur.
Ces garnitures présentent de nombreux inconvénients : En premier lieu, du fait que la pression moyenne du ressort est pratiquement constante, c'est-à-dire non proportionnelle à la pression du fluide, il faut employer un ressort puissant correspondant à la pression maximum du fluide, d'où des usures exagérées et des dommages causés sur les surfaces de frottement, même lorsque cela n'est pas nécessaire, c'est-à- dire lorsque le fluide est à pression beaucoup plus basse.
Cette usure et ces dommages donnent lieu à des fuites.
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- En outre de ces inconvénients, de nature hydrosta- tique, il y en a d'autres de nature cinétique. Lorsqu'il y a possibilité de déplacements axiaux au cours de la rotation relative des pièces, ces déplacements se produisent à vitesse relativement grande, sous forme de battements. Par suite de l'inertie des différentes pièces, de la garniture (de la glace d'étanchéité en particulier),, la glace 6 a tendance à ,perdre le contact intime avec la surface de butée B à la fréquence des battements. Il en résulte des fuites à chaque battement. Ces battements peuvent être également provoqués ou aidés par des irrégularités géométriques existant entre les faces de frottement de la glace et de l'une des pièces.
En outre, les irrégularités pouvant exister sur les surfaces de frottement autres que ces faoes d'étanchéité sont également susceptibles de produire le même effet nuisible.
Dans le graphique de la figure 4a portant en abaisses les déplacements axiaùx des pièces en contact G et B de la figure 2 par exemple, de part et d'autre.d'une position médiane IdN, l'amplitude maximum de ces déplacements (battements) étant soit de part et d'autre de NN, et en ordonnées les pressions (tension élastique), la caractéristique élastique d'une garniture à ressort à boudin ou autre corps élastique est représentée suivant la loi de Hooke, par la ligne droite UU.
En plus'des inconvénients ci-dessus qui sont des sources de fuites, ces garnitures sont encombrantes, elles imposent des conditions spéciales à respecter dans les projeta de machines ou d'installations, elles doivent être spécialement étudiées pour chaque cas, et il faut pour leur montage et leur entretien un personnel qualifié. Elles ne peuvent en tout cas pas faire l'objet d'une normalisation et ne peuvent dans aucun cas être utilisées comme palier étanche.
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La garniture d'étanchéité selon l'invention remédie à tous les inconvénients ci-dessus.
En conséquence, l'invention a pour but de réaliser une garniture d'étanchéité universellement utilisable dans tous les cas où il est nécessaire d'assurer l'étanchéité contre le passage de gaz, de liquides ou de vapeurs, entre des pièces mé- caniques en rotation relative (rotation complète ou oscilla- tion rotative d'une pièce intérieure vis-à-visd'une pièce ex- térieure) que ces mouvements soient continus ou intermittents.
L'invention a encore pour objet de réaliser une gar- niture d'étanchéité utilisable pour les différentes pressions, de zéro jusqu'aux plus hautes pressions, et susceptible.d'être utilisée sous les différentes températures, jusque celles considérées comme maximum admissible pour la conservation des bonnes qualités physiques et chimiques des matières employées.
L'invention a encore pour objet de réaliser une garniture maintenant une étanchéité parfaite, tout en per- mettant les jeux radiaux et axiaux maximum usuellement tolérés dans les articulations tournantes, comme dans le cas d'un arbre dans un palier lisse et dans le cas d'un nombre de tours variant de zéro jusqu'au maximum de vitesse de rota- tion, tout en permettant le changement de sens de rotation des pièces entre lesquelles l'étanchéité doit être réalisée.
La garniture selon l'invention est également utilisable pour tous les diamètres de pièces intérieures ou extérieures.
Comme garniture d'étanchéité, elle peut être uti- lisée également comme obturateur de protection contre l'accès des impuretés et de différents fluides nuisibles par leur haute température ou par leur action chimique, contre les pertes d'huile, etc....
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'On va maintenant décrire plusieurs formes de réa- lisation de l'invention, données uniquement à titre d'exem- ples, sans que l'invention y soit pour cela limitée, avec référence au dessin,, schématique annexé, ainsi que diffé- rentes variantes d'utilisation. Sur ce dessin :
Les fleures 1, 2 et 3 représentent, comme on l'a dit, des formes.¯de réalisation de dispositifs antérieurs.
La figure 4 représente les positions extrêmes du battement dans le cas d'une garniture antérieure .telle que celle de la figure 1.
La figure 4a est un diagramme représentant la pres- sion exercée par la garniture, contre la butée, en fonction des déplacements relatifs axiaux des pièces entre lesquelles -doit être assurée l'étanchéité.
La figure 5 représente schématiquement en coupe méridienne une garniture selon l'invention avant son montage.
La figure 6 la représente de façon analogue, en position de montage et en service.
Les figures 7-7a et 8-8a représentent chacune, vue en plan et en.coupe, une rondelle élastique de renforcement du diaphragme, l'emploi de ces rondelles étant facultatif.
Les figures 9 à 15-représentent en coupe méridienne différents types de diaphragmes donnés à titre d'exemples.
La figure 16 est une vue correspondante en plan,
La figure 17 *présente en élévation et en coupe axiale partielle, une forme de réalisation d'une garniture selon l'invention dans une première variante d'utilisation.
La figure 18 est une vue-correspondante en plan sur la moitié de gauche et en coupe suivant la ligne XVIII-XVIII de la figure 17, sur la moitié de droite.
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Les figures 19 et 20 sont des vues correspondantes de la même garniture, dans une deuxième variante d'utilisation, la coupe de la figure 20 étant faite suivant Xx-XX de la fig.19.
La figure 21 est une vue analogue aux figures 17 et 19 et représente la même garniture, mais, à titre d'exemple, avec un autre type de diaphragme, tel que celui de la figure 11.
Les figures 22 et 23 représentent les faces d'étan- chéité ou d'appui. vues sur les deux côtés de la garniture réversible de la figure 21.
Les figures 24 et 25 montrent deux modes de montage de cette même garniture pour illustrer sa qualité de réversi- bilité selon l'invention, ces deux montages correspondant à ceux représentés sur les figures 17 et 19.
Les figures 26, 27 et 28 sont des vues analogues aux figures 21, 24 et 25, ¯mais avec d'autres formes des faces d'étanchéité; ou d'appui de la garniture.
Les figures 29, 30 et 31 sont des vues analogues d'une garniture présentant des faces d'étanchéité ou d'appui différentes avec des décalages différents.
La figure 32 représente une troisième variante typique d'utilisation de la garniture des figures 17 et 19 mais avec des faoes d'étanchéité de forme différente.
Les figures 33, 34 et 35 représentent trois mondes de montage pour réaliser l'étanchéité dans les deux sens avec utilisation de garnitures doubles.
La figure 36 représente, de façon analogue aux figures 17 et 19, une garniture jumelée.
La figure 37 est une vue correspondante analogue à celle des figures 18 et 20, partie en coupe suivant XXXVII-XXXVII de la figure 36.
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Les figures 38 et 38a représentent en plan et en coupe les rondelles de renforoement du diaphragme correspon- dant à la figure 36.
La figure 39 est un diagramme correspondant des caractéristiques élastiques, diagramme analogue à celui de la figure 4a, mais pour une garniture jumelée.
Les figures 40 et 41 sont des vues en coupe partiel- le d'autres modes de réalisation de la garniture jumelée de la figure 36.
La figure 42 représente en coupe partielle une garniture multiple jouant le rôle de palier étanche.
La figure 43 montre cette garniture montée sur une pompe centrifuge selqn la première variante d'utilisa- tion d'après la figure 17.
La figure 44 est une vue schématique 'analogue correspondant à la troisième variante d'utilisation d'après la figure 52.
Les figures 45-45a et 46-46a représentent respec- tivement en plan et en coupe, des rondelles utilisables dans les différentes garnitures.
La figure 47 enfin représente une garniture multiple dérivée de la garniture jumelée de la figure 36.
La garniture selon l'invention est basée comme les garnitures antérieures, sur l'application d'un diaphragme étanche, de préférence métallique, ayant une souplsse suffi- sante et une certaine élasticité. Néanmoins les- diaphragmes non métalliques peuvent,être utilisés en raison de leurs meilleures qualités de souplesse et de flexibilité, mais à condition que leurs qualités mécaniques chimiques et ther- miques conviennent aux conditions d'utilisation.Toutefois,
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pour éliminer les inconvénients des dispositifs antérieurs, rappelés ci-dessus, la garniture selon l'invention ne comporte ni ressort à boudin, ni aucun corps élastique sujet à torsions et à résonance.
Dans la garniture selon l'invention, représentée en coupe méridienne sur la figure 5, le diaphragme annulaire
1 est monté entre deux bagues concentriques 2 et 3, fixées de façon étanche sur les pourtours extérieur et intérieur respectivement du diaphragme 1, cette fixation devant être suffisamment sure pour empêcher toute possibilité de rota- tion relative des pièces constituant la garniture, parexem- ple, celui-ci est serti dans ces bagues, comme on le voit sur la figure. Ces bagues présentent un système de portées convexes et concentriques 4 et 5 respectivement, sur les- quels s'appuie le diaphragme lors d'un déplacement relatif axial en service, des pièces A et E entre lesquelles l'étan- chéité doit être réalisée, comme cela est représenté sur la figure 6.
Au verso de ces portées convexes et du côté eJcté- rieur des bagues, celles-ci présentent des surfaces S et S' destinées à jouer le rôle, soit de faces d'étanchéité, soit de faces d'appui, selon les variantes d'utilisation qui seront expliquées ci-après, ce qui donne à la garniture la propriété d'être réversible.
On voit sur cette figure, en pointillé , et en trait plein, les deux positions extrêmes que peut prendre la glace d'étanchéité G et le diaphragme de la garniture lors de déplacements axiaux relatifs des pièces A et E qui la portent, ces positions extrêmes corres- pondant à un battement maximum Ainsi qu'on le voit, la garniture est montée dans la pièce extérieure E, tandis
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qu'en son centre, elle porte contre une surface F d'une butée B de la pièce intérieure A, avec une pression résultant de la déformation élastique du diaphragme et de la pression
P du fluide même.
Si les deux portées 4 et 5 n'étaient pas prévues, cette déformation élastique serait proportionnelle à la force d'action sensiblement suivant la loi de Hooke et elle serait approximativement représentée sur le diagram- me de,la figure 4a par la droite en trait interrompu C. Du fait de la présence des portées convexes 4 et 5 sur les- quelles s'appuie le diaphragme lorsqu'il est déformé, les réactions élastiques ne suivent pas la loi linéaire de la proportionnalité mais vont croître plus vite, sensiblement en forme deparabole comme représenté par la ligne Co.
Les profils convexes des portées ne sont pas nécessairement les mêmes pour les deux bagues d'une même garniture et il n'est pas absolument nécessaire d'en prévoir sur les deux bagues. En choisissant ces profils de façon appropriée et en partant des caractéristiques d'élasticité initiale du diaphragme, on peut obtenir dans chaque cas, la - , force de réaction élastique désirée U # pour la réaction brusque de la garniture, en maintenant en même temps la pression initiale contre la surface F de la butée B aussi basse que possible, et en déterminant avec précision le point,initial de la courbe Co, c'est-à-dire celui à partir duquel les réactions élastiques ne-seront plus représentées par la, droite 0, mais par la parabole Co.
Ce point doit être voisin de la droite NN. correspondant à la position moyenne # . @ .. de la glace d'étanchéité au cours du battement axial relatifµ ,
En partant des forces de réactions élastiques relativement faibles de l'ensemble du diaphragme, lesquelles sont repré- .
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sentées sur le diagramme de la figure 4a par la droite C en pointillés correspondant approximativement à la loi de Hooke, on assure à la garniture une pression moyenne Cn (abstraction étant faite ici de l'action des portées convexes) très faible contre la butée en comparaison avec la pression Un d'un ressort à boudin.
Cette faible pression moyenne' est suffisante pour maintenir la glace d'étanchéité en contact avec sa butée, même sans intervention de la pression P du fluide. On évite ainsi des pressions d'appui trop importantes de la glace d'étanchéité contre la butée lorsque cela n'est pas nécessaire.,
Du fait qu'on utilise une pression moyenne aussi faible, on permet au fluide même, pour lequel on doit réaliser l'étanchéité d'exercer, par sa propre pression P agissant sur toute la surface du diaphragme, la pression nécessaire contre la butée, laquelle s'ajoute à la réaction élastique r pour maintenir la face d'étanchéité contre sa butée à peu près proportionnellement à la pression P.
Sur la figure 4a, on a indiqué en pointillés le déplacement de la ligne caractéristique Co au fur et à mesure que la pression du fluide croît de quantités égales dp.
On remarquera, au sujet du diagramme de la figure 4a que les dimensions en ont été fortement exagérées pour le rendre plus clair, ainsi que cela ressort de la comparaison de la valeur de 4 sur cette figure et sur la figure 6. On voit aussi sur le diagramme à échelle exagérée de façon analogue la longeur K représentant la déformation (flèche moyenne) de la garniture de sa position avant montage à sa position moyenne suivant la ligne MN, longueur qui figure également sur la figure 5, mais avec sa grandeur sensiblement réelle.Le décalage K ainsi défini comme flèche moyenne élas-
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tique est donc à considérer comme longueur déterminante de la réaction élastique r, c'est-à-dire de la pression initiale contre la butée,
en supposant la pression de fluides égale à zéro.
Par simple comparaison des garnitures des figures 1, 2 et 3 et de-celle, selon l'invention des figures 5 et 6, on voit que la suppression du ressort à boudin permet de réduire considérablement les dimensions (et par conséquent toutes les masses) de la garniture et en particulier de la glace d'étanchéité G (figures 8 et 5); ce qui réduit l'effet de tous les phénomènes cinétiques nuisibles.
Pour déterminer avec précision les points importants de la courbe Co, c'est-à-dire avoir la déformation élastique désirée, il faut donner certaines caractéristiques initiales au diaphragme en ce qui concerne son élasticité et, pour obtenir le résultat désiré, il peut être nécessaire de renforcer le diaphragme à l'aide d'une ou de deux ou plusieurs rondelles élastiques telles que représenté sur les figures 7 et 8, ron- delles montées d'un côté ou de l'autre ou des deux, sur le pour- tour intérieur ou sur le pourtour extérieur, suivant les cas, ainsi qu'on le verra plus loin. L'application de telles rondel- les est particulièrement envisagée pour les cas d'utilisation des diaphragmes très minces. ou non métalliques.
Comme, ni le diaphragme lui-même, ni ses rondelles d'appui ne sont sujets à des torsions élastiques (comme c'est le cas d'un ressort à boudin), il n'y a pas de broutage tangentiel de la glace d'étanchéité sur la surface de butée.
Ils ne donnent pas lieu non plus à des phénomènes de réso- nance axiale, ce qui supprime toutes les causes de fuites dues à ces deux phénomènes.
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La réaction brusque de la garniture due à la for- me parabolique de la courbe Co comme représenté par la figu- re 4a. donne la possibilité très favorable d'utiliser une telle garniture aussi comme soupape automatique, que les pièces A et E se trouvent en mouvement de rotation relative ou qu'elles soient arrêtées.
Pour le même raison, elle joue toujours le rôle d'un élément de centrage très énergique du fait qu'elle s'oppose énergiquement aux battements relatifs axiaux entre les pièces A et E dus aux emballements brutaux de ces pièces et du fait également qu'elle tend nettement à réduire au minimum l'amplitude de ces battements. De cette façon, la garniture joue en même temps le rôle de contre-butée élastique faisant partie du palier (tout en assurant l'étanchéité) et peut être 'employée uniquement dans ce but . De plus, elle peut être employée comme un élément de rattrapage de jeu, entre les différentes pièces mécaniques, comme bague d'espacement élastique, etc...
Etant donné qu'une telle garniture peut avoir de faibles dimensions, ainsi que des formes géométriques extérieures simples,et étant réversible,, suivant l'inven- tion, elle peut être normalisée à la façon des roulements à billes.
Dans les cas où les conditions d'utilisation le permettent, la garniture peut être utilisée comme palier étanche à butée élastique selon trois variantes typiques d'utilisation, à savoir, fixation sur la pièce extérieure, fixation sur la pièce intérieure, montage flottant, comme on l'expliquera plus loin.
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On va décrire les différentes variantes d'utili- sation considérées comme,typiques, ainsi que différentes possibilités de réalisation de l'invention, en utilisant les mêmes références dans les différentes figures pour désigner, non des pièces, formes ou organes identiques, mais des pièces, formes ou organes jouant le même rôle dans les différentes'variantes d'utilisation. Cela concerne particulièrement la désignation de la butée par B et de la glace d'étanohéité par G, ainsi que de la surface d'étanohéité de la butée B par F et de l'épaulement d'appui par e, malgré que ces pièces, formes ou organes auraient leur position relative et des formes géométriques différen- tes.
En outre, sur les figures 17, 19 24, 25, 27,28, 30 et 31, on a représenté toujours en pointillés la pièce sur laquelle est fixée la garniture et en traits pleins, celle portant la butée. Ces modes de désignation et de représen- tation ont pour but de montrer.plus clairement'la réversi- bilité de la garniture.
Pour¯plus de clarté et dans le but de donner aux désignations NN et K employées sur le graphique de la figure 4a une signification concrète d'une façon la plus, simple possible on a 'représenté, sur les figures 24 et 25, la surface d'étanchéité F de la butée B et la surface d'appui e dans le même plan NN, le plan NN représentant , toujours la position moyenne entre les deux points ex- trêmes de déplacement relatifs axiaux des pièces A et E au cours de leurs battements possibles d'amplitude , et représentant en même temps la position moyenne ini- tiale à partir de laquelle est comptée la flèche élastique moyenne ou décalage K de la garniture.
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Sur les figures 17, 19, 27, 28, 30 et 31, on a repré- senté des dispositions analogues par rapport au plan NN. Néan- moins, il est a noter, que pour des raisons exceptionnelles, la surface F ne doit pas nécessairement être toujours dans le même plan NN que la surface e.
Le diaphragme selon l'invention peut avoir les formes les plus diverses, telles que celles représentées en coupe, à ' titre d'exemples, sur les figures 9 à 15. De plus, le diaphragme peut être fait d'une rondelle unique ou de plusieurs, de même profil ou de profils différents, superposées en un paquet.
Sur les figures 17 et 18, on a représenté la première variante d'utilisation de la garniture selon l'invention. On y voit la butée B portée par la pièce intérieure A, tandis que la garniture est fixée de façon étanche sur la pièce extérieure E.
On voit sur cette figure que le diaphragme proprement dit (qui est représenté par raison de simplicité sous forme d'une rondelle plate) est soutenu, de part et d'autre, par une rondelle ressort intérieure L et par une rondelle ressort extérieure L'.
Pour assurer l'étanchéité parfaite et pas seulement entre la glace G et la surface de butée B, le diaphragme 1 doit être lui-même monté de façon étanche dans les bagues, ainsi que de la façon la plus sure possible pour empêcher toute possibilité de rotation relative entre les bagues extérieure et intérieure.
Ce montage peut se faire par sertissage, comme représenté, soit de toute autre façon, Pour faciliter le sertissage, on peut utiliser deux bagues auxiliaires T et T', en acier trempé, dont la forme peut varier selon les formes de diaphragme utilisées. Ces bagues peuvent, comme les bagues 2 et 3 figures 5 et 6, comporter aussi des portées convexes.
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Les rondelles L et L', telles que représentées sur les figures 8 et 7, sont montées et serties ensemble aveo le diaphragme. Elles renforcent le diaphragme et elles complè- tent, si cela est nécessaire, ses caractéristiques d'élasti- cité en les modifiant à volonté suivant leurs dimensions, La forme des rondelles L et L' peut varier avec la forme du diaphragme et suivant d'autres nécessités. Leur emploi est facultatif.
Pour plus de simplicité, on a représenté sur la figure 17 les portées 4 et 5 comme étant des arcs de cercle de rayon n, mais ces courbes pourraient être @ autres et peuvent être différentes pour les deux portées, suivant les caractéristiques désirées, mais il est cependant nécessaire que les faces d'appui ou d'étanchéité S et S' des bagues 2 et 3 soient disposées au dos de ces portées convexes.
La deuxième variante d'utilisation représentée sur les figures 19 et.20 présente sensiblement les'mêmes carac- téristiques que le dispositif des figures précédentes, sauf . que la butée B est prévue sur la pièce extérieure -9 et que la garniture est fixée, de façon étanohe sur la pièce inté- rieure, A, ceci étant possible du fait de la réversibilité de la garniture.
Sur' les deux figures 22 et 23, on voit que les faces d'étanohéité S et S' que présentent la garniture de la figure 21 peuvent comporter des rainures.!! permettant le graissage.
La figure 21 représente la même garniture pouvant se monter sur le dispositif de la figure 24 en se fixant dans le logement de la pièce extérieure 9 tandis que la bague intérieure porte par sa face S sur la surface F de butée B
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de la pièce intérieure A (ce qui correspond à la première variante d'utilisation représentée sur la figure 17), tandis que c'est l'inverse sur la figure 25 (montage qui correspond à la deuxième variante d'utilisation représentée sur la figu- re 19). On voit sur la figure 21 que le décalage K, dimension déterminant par rapport à UN, la pression initiale, et dont il a été fait mention plus haut, est le même dans les deux cas d'utilisation de la garniture, mais cela n'est pas abso- lument nécessaire.
Les figures 27 et 28 représentent, de la même façon, les deux variantes d'utilisation (montages) de la garniture réversible de la figure 26 dont les faces d'étanchéité S et S' ont une forme étagée, permettant un certain jeu radial i, par rapport aux formes correspondantes des butées.
Les figures 29,30 et 31 représentent, de façon analogue les mêmes variantes d'utilisation, mais cette fois, ni les formes des faces S et S', ni les décalagesK ne sont les mêmes des deux cotés de la garniture. Avec le montage selon la figure 31, le décalage K' est supérieur au décalage K correspondant au montage d'après la figure 30. Dans ce cas ou K' est > K, la pression initiale r' (voir diagramme de la figure 4a) contre la surface de butée est forcément plus grande que r; il en résulte sur le diagramme de la figure 4a un déplacement de la courbe Co qui vient en C'o.
Du fait que, pour obtenir la réversibilité, la gar- niture comporte des faces d'étanchéité des deux côtés. on peut aussi bien utiliser cette garniture en montage flottant, ce qui est représenté comme troisième variante d'utilisation sur la figure 32. En ce cas, elle est montée entre les faces d'étanchéité de deux butées B et B portées par les pièces
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extérieure E et intérieure A respectivement, sans être fixée sur aucune de ces pièces. Ce qui a été dit, dans les autres cas, des formes des faces d'étanchéité et des surfaces de butée B est également applicable en ce cas.
Ce mode de montage assure l'étanchéité dans les deux sens, mais sous la condition que les différences de pres- sion des fluides d'un côté à l'autre, P et P', soient tou- jours plus petites que la pression initiale due à la seule réaction élastique de la garniture.
Dans tous les cas qui précèdent, la garniture joue le r8le d'un élément de centrage agissant dans le sens de , la réaction élastique, c'est-à-dire qu'elle joue le rôle d'un élément de centrage à simple effet.
Pour assurer l'étanchéité inconditionnelle dans les deux sens, on peut utiliser les doubles garnitures montées en opposition comme cela est représenté sur les figures 33, 34 et 35. La figure'33 représente deux garnitures montées selon la première variante d'utilisation (surface de butée portée par la pièce intérieure A), la figure 34 représente deux garnitures montées selon la-deuxième variante d'utilisation (surface de butée portée par la pièce extérieure E) et la figure 35 repré- sente deux garnitures montées chacune suivant chacune des deux variantes d'utilisation en question. En réalisant ainsi l'étan- chéité dans les deux sens, (figures 33 et 34), on peut dire que l'on obtient un,dispositif,de centrage à double effet.
Pour des raisons spéciales, il peut arriver dans certains cas qu'il soit désirable que l'effet de centrage à double effet soit réalisé avec une seule garniture. Ce résul- tat est obtenu avec la garniture selon les figures 36 et 37, qui donne en même temps les avantages du montage flottant
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correspondant à la troisième variante d'utilisation, avec l'étan- chéité aussi conditionnée par la différence des pressions des fluides des deux côtés d'une telle garniture.
Dans cette gar- niture,les bagues T et T' de fixation du diaphragme sont munies comme les bagues 2 et 3, de portées convexes du côté diaphragme, et elles présentent du coté oppbsé à la forme con- vexe, des faces d'étanchéité. En fait, cette garniture est la combinaison de deux garnitures (garnitures jumelées) ayant la même caractéristique de réaction dans les deux sens suivant la même courbe Co, comme cela est représenté sur la figure 39 en faisant abstraction du jeu axial entre la garniture et les épaulements dans son logement.
En conséquence, les rondelles d'appui L et L' doivent être symétriques par rapport au diaphrag- me, soit que celui-ci soit entre ces deux rondelles comme sur la figure 36, soit que les rondelles L et L' soient prises entre deux diaphragmes comme sur les figures 40 et 41.
Bien entendu, étant donné cette symétrie nécessaire, il peut ne pas être utile de prévoir les décalages K ou K' d'un côté ou de l'autre. La pression initiale est créée par le déplacement axial relatif de la pièce A par rapport à la pièce E. par conséquent, cette garniture n'est utilisable que dans le cas où les conditions de fonctionnement main- tiennent pendant une période prolongée une poussée axiale relative de la pièce A par rapport à la pièce E ou inverse- ment, de façon que cette poussée assuxa la pression initiale nécessaire.
Cette poussée est représentée au-dessous du diagramme de la figure 39 par les flèches dirigées en sens contraire que portent les pièces E et A. Ces poussées peuvent être dues à des raisons mécaniques mais aussi à des diffé- rences de dilatation thermique
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Dans certains cas, et spécialement pour rendre la garniture utilisable comme palier lisse ét étanche et comme pa- lier à butée élastique susceptible de supporter une certaine charge radiale, il peut être nécessaire de superposer plusieurs garnitures dont les réactions élastiques sont de même sens ou de sens contraire.
La figure 42 représente, à titre d'exemple, une garniture multiple.de ce genre jouant le rôle de palier lisse et étanche à butée élastique, elle est composée de huit garnitures élémentaires agissant dans le même sens et donnant ensemble une réaction élastique r résultante. Comme les gar- nitures simples, cette garniture est réversible et elle peut être utilisée suivant les trois variantes d'utilisation indi- quées ci-dessus; réaction élastique sur la pièce intérieure A, réaction sur la pièce extérieure E, ou montage flottant.
Cette garniture multiple peut comporter un trou de graissage . Les surfaces! cylindriques en regard, de toutes les bagues inté- rieures H et extérieures H' sont à considérer comme surfaces de portée de charge radiale que doit supporter un tel palier et doivent être dimensionnées en conséquence, permettant un glissement axial relatif facile, sans aucun grippage ou coince- ,ment. De cette façon les bagues convexes intérieures E doivent s'emboîter dans les bagues convexes H' avec un jeu , le plus petit possible, mais ne devant jamais être nul La figure 43 mon- tre la garniture de la figure 42 montée suivant la première variante d'utilisation (réaction sur la pièce intérieure), et servant de garniture d'étanohéité jouant en même,temps le rôle de palier lisse à butée,
élastique d'une pompe centrifuge met- tant en circulation un-gaz sous forte pression, Les flèches . indiquent les sens des pressions exercées sur les butées qui sont solidaires de l'arbre du rotor.
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La figure 44 représente la même garniture formant en même temps palier lisse et étanche à butée élastique, utilisée en montage flottant (selon la troisième variante) sur l'arbre d'un rotor léger de turbine à vapeur à. grande vitesse de rotation.
Dans le cas d'une garniture multiple de ce genre, il n'est pas nécessaire que toutes les garnitures élémentai- res comportent un diaphragme étanche. Certains de ceux-ci peuvent être remplacés par des rondelles élastiques de même diamètre que le diaphragme sans être étanches ; quelques diaphragmes étanches suffisent pour assurer l'étanchéité et les rondelles ne contribuent qu'à donner l'élasticité néces- 'saire et à maintenir l'ensemble. On a représenté, à titre d'exemples, sur les figures 45 et 46 des rondelles pouvant, dans ce cas, remplacer certains des diaphragmes.
La figure 47 représente une garniture multiple fai- sant palier lisse à. butée élastique, utilisable dans les deux sens et pouvant être utilisée dans les mêmes conditions que les garnitures élémentaires des figures 36,40 et 41. Ce qui a été dit au sujet de ces garnitures est également applicable à celle de la figure 47.
Comme on le voit, l'invention peut être réalisée d'un grand nombre de façonset l'invention n'est nullement limitée aux quelques formes de réalisation ci-dessus décrites qui peuvent comporter de nombreuses modifications ainsi que cela est évident pour les personnes du mitier (skilled in the art). Ouest ainsi en particulier, que les portées convexes 4 et 5, au lieu d'être taillées sur les bagues 2 et 3 elles-mêmes au dos des faces d'étanchéité pourraient être formées sur des pièces rapportées disposées à l'intérieur des bagues comme c'est le cas par exem- ple pour les garnitures multiples ci-dessus décrites.
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Universal sealing gasket capable of acting at the same time as a sealed bearing and a sealed centering element.
The present invention relates to a gasket, the object of which is to achieve the seal between two mechanical parts which are in relative rotational movement, capable of being used under the same conditions of movement as a sealed bearing, as an elastic and sealed stopper. and as an automatic valve.
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The various seals currently known use either a flexible diaphragm of variable profile, more or less flat, such as that shown in Figures 1 and 2, or a cylindrical membrane as shown in Figure 3. These elements are used for their own quality. sealing and for their flexibility which allows relative play in the axial direction, of the rotating parts between which the sealing must be performed. In addition to the above diaphragms, these gaskets have an elastic body, usually a coil spring, providing the necessary mean pressure between the friction sealing surfaces which are, on one side, the stop surface B and on the other side, the surface of an element (sealing glass) belonging to the gasket such as 6 (figure 2).
The average pressure is that exerted by the spring in the average position of the stop B (diagram of FIGS. 4 and 4a) between the two extreme positions of its possible axial deflection having the amplitude #.
In order to give greater flexibility to this packing, the springs were given a relatively large number of turns & hence, for the spring, a great length.
These seals have many drawbacks: First, because the average pressure of the spring is practically constant, that is to say not proportional to the pressure of the fluid, it is necessary to use a powerful spring corresponding to the maximum pressure of the fluid. fluid, resulting in excessive wear and damage to the friction surfaces, even when this is not necessary, ie when the fluid is at much lower pressure.
This wear and damage results in leaks.
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- In addition to these drawbacks, of a hydrostatic nature, there are others of a kinetic nature. When there is the possibility of axial displacements during the relative rotation of the parts, these displacements occur at relatively high speed, in the form of beats. As a result of the inertia of the various parts, of the lining (of the sealing glass in particular), the glass 6 tends to lose intimate contact with the stop surface B at the frequency of the beats. This results in leaks with every beat. These beats can also be caused or helped by geometric irregularities existing between the friction faces of the ice and of one of the parts.
Further, the irregularities which may exist on the friction surfaces other than these sealing faoes are also liable to produce the same deleterious effect.
In the graph of FIG. 4a showing the axial displacements of the parts in contact G and B of FIG. 2 for example, on either side of a median position IdN, the maximum amplitude of these displacements (beats ) being either on either side of NN, and on the ordinate the pressures (elastic tension), the elastic characteristic of a coil spring packing or other elastic body is represented according to Hooke's law, by the straight line UU .
In addition to the above drawbacks which are sources of leaks, these gaskets are bulky, they impose special conditions to be respected in the projects of machines or installations, they must be specially studied for each case, and it is necessary to their assembly and maintenance by qualified personnel. In any case, they cannot be standardized and cannot be used as a sealed bearing under any circumstances.
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The seal according to the invention overcomes all the above drawbacks.
Consequently, the object of the invention is to provide a seal that can be used universally in all cases where it is necessary to ensure the seal against the passage of gases, liquids or vapors between mechanical parts. in relative rotation (complete rotation or rotary oscillation of an internal part vis-à-vis an external part) whether these movements are continuous or intermittent.
Another object of the invention is to provide a seal that can be used for the different pressures, from zero to the highest pressures, and capable of being used at the different temperatures, up to those considered as the maximum admissible for the preservation of the good physical and chemical qualities of the materials used.
Another object of the invention is to produce a seal which maintains perfect sealing, while allowing the maximum radial and axial clearances usually tolerated in the rotary joints, as in the case of a shaft in a sliding bearing and in the case of a number of revolutions varying from zero to the maximum speed of rotation, while allowing the change of direction of rotation of the parts between which the seal must be achieved.
The lining according to the invention can also be used for all diameters of interior or exterior parts.
As a seal, it can also be used as a protective shutter against the access of impurities and various fluids harmful by their high temperature or by their chemical action, against oil loss, etc.
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Several embodiments of the invention will now be described, given by way of example only, without the invention being limited thereto, with reference to the accompanying diagrammatic drawing, as well as different. Variant use annuities. On this drawing :
The flowers 1, 2 and 3 represent, as we have said, embodiments of earlier devices.
FIG. 4 represents the extreme positions of the flap in the case of an anterior seal such as that of FIG. 1.
FIG. 4a is a diagram showing the pressure exerted by the gasket, against the stop, as a function of the relative axial displacements of the parts between which the seal must be ensured.
FIG. 5 schematically shows in meridian section a lining according to the invention before it is fitted.
FIG. 6 shows it in a similar fashion, in the assembly position and in service.
Figures 7-7a and 8-8a each show, in plan view and in section, an elastic diaphragm reinforcing washer, the use of these washers being optional.
FIGS. 9 to 15 represent in meridian section different types of diaphragms given by way of examples.
Figure 16 is a corresponding plan view,
FIG. 17 * shows, in elevation and in partial axial section, an embodiment of a lining according to the invention in a first variant of use.
Figure 18 is a corresponding plan view on the left half and in section along the line XVIII-XVIII of Figure 17, on the right half.
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Figures 19 and 20 are corresponding views of the same seal, in a second variant of use, the section of Figure 20 being taken along Xx-XX of Fig.19.
Figure 21 is a view similar to Figures 17 and 19 and shows the same gasket, but, by way of example, with another type of diaphragm, such as that of Figure 11.
Figures 22 and 23 show the sealing or bearing faces. views of both sides of the reversible seal in figure 21.
FIGS. 24 and 25 show two methods of mounting this same gasket to illustrate its quality of reversibility according to the invention, these two assemblies corresponding to those shown in FIGS. 17 and 19.
Figures 26, 27 and 28 are views similar to Figures 21, 24 and 25, but with other shapes of the sealing faces; or pad support.
FIGS. 29, 30 and 31 are similar views of a gasket having different sealing or bearing faces with different offsets.
Figure 32 shows a third typical variant of use of the seal of Figures 17 and 19 but with sealing faoes of different shape.
Figures 33, 34 and 35 show three mounting worlds for sealing in both directions with the use of double gaskets.
Figure 36 shows, similarly to Figures 17 and 19, a twin seal.
Figure 37 is a corresponding view similar to that of Figures 18 and 20, part in section on XXXVII-XXXVII of Figure 36.
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Figures 38 and 38a show in plan and in section the reinforcing washers of the diaphragm corresponding to figure 36.
Figure 39 is a corresponding diagram of the elastic characteristics, similar diagram to that of Figure 4a, but for a twin packing.
Figures 40 and 41 are partial sectional views of other embodiments of the twin packing of Figure 36.
FIG. 42 shows in partial section a multiple seal playing the role of a sealed bearing.
Figure 43 shows this seal mounted on a centrifugal pump according to the first variant of use according to figure 17.
Figure 44 is a similar schematic view corresponding to the third variant of use according to Figure 52.
Figures 45-45a and 46-46a show, respectively, in plan and in section, washers which can be used in the various gaskets.
Finally, FIG. 47 represents a multiple packing derived from the twin packing of FIG. 36.
The gasket according to the invention is based, like the previous gaskets, on the application of a sealed diaphragm, preferably metallic, having sufficient flexibility and a certain elasticity. Nonetheless, non-metallic diaphragms can be used because of their better qualities of suppleness and flexibility, but on condition that their mechanical, chemical and thermal qualities are suitable for the conditions of use.
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in order to eliminate the drawbacks of the prior devices, recalled above, the lining according to the invention does not include any coil spring, nor any elastic body subject to torsions and resonance.
In the lining according to the invention, shown in meridian section in FIG. 5, the annular diaphragm
1 is mounted between two concentric rings 2 and 3, fixed in a sealed manner on the outer and inner peripheries respectively of the diaphragm 1, this fixing having to be sufficiently secure to prevent any possibility of relative rotation of the parts constituting the seal, for example , this one is crimped in these rings, as seen in the figure. These rings have a system of convex and concentric seats 4 and 5 respectively, on which the diaphragm rests during a relative axial displacement in service, of the parts A and E between which the seal must be achieved, as shown in figure 6.
On the back of these convex bearing surfaces and on the front side of the rings, the latter have surfaces S and S 'intended to act either as sealing faces or as bearing faces, depending on the variants. use which will be explained below, which gives the lining the property of being reversible.
We see in this figure, in dotted lines, and in solid lines, the two extreme positions that the sealing glass G and the diaphragm of the seal can take during relative axial movements of the parts A and E which carry it, these extreme positions corresponding to a maximum beat As can be seen, the trim is mounted in the outer part E, while
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that at its center, it bears against a surface F of a stop B of the inner part A, with a pressure resulting from the elastic deformation of the diaphragm and from the pressure
P of the fluid itself.
If the two spans 4 and 5 were not provided, this elastic deformation would be proportional to the action force substantially according to Hooke's law and it would be approximately represented on the diagram of, figure 4a by the line in line. interrupted C. Due to the presence of the convex staves 4 and 5 on which the diaphragm rests when it is deformed, the elastic reactions do not follow the linear law of proportionality but will grow faster, appreciably in shape deparabole as represented by the line Co.
The convex profiles of the bearing surfaces are not necessarily the same for the two rings of the same gasket and it is not absolutely necessary to provide them on the two rings. By choosing these profiles appropriately and starting from the initial elasticity characteristics of the diaphragm, one can obtain in each case the desired elastic reaction force U # for the sudden reaction of the liner, while at the same time maintaining the initial pressure against the surface F of the stop B as low as possible, and by determining with precision the initial point of the curve Co, that is to say that from which the elastic reactions will no longer be represented by the , line 0, but by the parabola Co.
This point must be close to the line NN. corresponding to the middle position #. @ .. of the sealing glass during the relative axial deflectionµ,
Starting from the relatively low elastic reaction forces of the entire diaphragm, which are shown.
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felt in the diagram of FIG. 4a by the dotted line C corresponding approximately to Hooke's law, the packing is provided with an average pressure Cn (apart from being made here of the action of the convex bearing surfaces) very low against the stop in comparison with the pressure Un of a coil spring.
This low average pressure 'is sufficient to keep the sealing glass in contact with its stop, even without intervention of the pressure P of the fluid. This prevents excessive bearing pressure of the sealing glass against the stop when this is not necessary.,
Due to the fact that such a low average pressure is used, the fluid itself, for which the seal must be achieved, is allowed to exert, by its own pressure P acting on the entire surface of the diaphragm, the pressure necessary against the stop, which is added to the elastic reaction r to keep the sealing face against its abutment roughly in proportion to the pressure P.
In FIG. 4a, the displacement of the characteristic line Co has been indicated in dotted lines as the pressure of the fluid increases by equal amounts dp.
It will be noted, with regard to the diagram of figure 4a that the dimensions have been greatly exaggerated to make it clearer, as can be seen from the comparison of the value of 4 in this figure and in figure 6. It is also seen on the diagram on an exaggerated scale in a similar way the length K representing the deformation (average deflection) of the seal from its position before assembly to its average position along the line MN, length which also appears in Figure 5, but with its substantially real size .The offset K thus defined as mean deflection elas-
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tick is therefore to be considered as the determining length of the elastic reaction r, that is to say of the initial pressure against the stop,
assuming the fluid pressure equal to zero.
By simply comparing the linings of Figures 1, 2 and 3 and that, according to the invention of Figures 5 and 6, it can be seen that the elimination of the coil spring makes it possible to considerably reduce the dimensions (and consequently all the masses) the packing and in particular the sealing glass G (FIGS. 8 and 5); which reduces the effect of all harmful kinetic phenomena.
To accurately determine the important points of the Co curve, i.e. to have the desired elastic deformation, some initial characteristics must be given to the diaphragm with respect to its elasticity, and to achieve the desired result it can be necessary to strengthen the diaphragm using one or two or more spring washers as shown in Figures 7 and 8, washers mounted on one side or the other or both, on the side. inner turn or on the outer perimeter, as the case may be, as will be seen later. The application of such washers is particularly envisaged for cases of use of very thin diaphragms. or not metallic.
Since neither the diaphragm itself nor its bearing washers are subject to elastic torsion (as is the case with a coil spring), there is no tangential chattering of the ice. 'sealing on the stop surface.
They do not give rise to axial resonance phenomena either, which eliminates all the causes of leaks due to these two phenomena.
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The sudden reaction of the packing due to the parabolic shape of the curve Co as shown in Fig. 4a. gives the very favorable possibility of using such a seal also as an automatic valve, whether parts A and E are in relative rotational movement or whether they are stopped.
For the same reason, it always plays the role of a very energetic centering element owing to the fact that it energetically opposes the relative axial beats between parts A and E due to the sudden runaways of these parts and also of the fact that it clearly tends to minimize the amplitude of these beats. In this way, the gasket at the same time acts as an elastic counter-stop forming part of the bearing (while ensuring the seal) and can be used only for this purpose. In addition, it can be used as an element to take up play, between the different mechanical parts, as an elastic spacer ring, etc.
Since such a lining can have small dimensions, as well as simple external geometric shapes, and being reversible, according to the invention, it can be standardized in the manner of ball bearings.
In cases where the conditions of use allow it, the seal can be used as a sealed bearing with elastic thrust in three typical variations of use, namely, fixing on the outer part, fixing on the inner part, floating mounting, as this will be explained later.
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The different variants of use considered as typical will be described, as well as the different possibilities for implementing the invention, using the same references in the different figures to denote, not identical parts, shapes or components, but parts, shapes or organs playing the same role in the different use variants. This particularly concerns the designation of the stopper B and the etanoheity glass by G, as well as the etanoheity surface of the stopper B by F and of the bearing shoulder by e, although these parts, shapes or organs would have their relative position and different geometric shapes.
In addition, in FIGS. 17, 19, 24, 25, 27, 28, 30 and 31, the part to which the gasket is fixed is still shown in dotted lines and in solid lines, the part bearing the stop. The purpose of these designation and representation modes is to show more clearly the reversibility of the packing.
For the sake of clarity and with the aim of giving the designations NN and K used in the graph of figure 4 a concrete meaning in the simplest possible way, we have shown, in figures 24 and 25, the surface sealing F of the stop B and the bearing surface e in the same plane NN, the plane NN representing, always the mean position between the two extreme points of axial relative displacement of parts A and E during their possible amplitude beats, and representing at the same time the initial average position from which the average elastic deflection or offset K of the lining is counted.
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In FIGS. 17, 19, 27, 28, 30 and 31, similar arrangements have been shown with respect to the plane NN. Nevertheless, it should be noted that for exceptional reasons, the surface F does not necessarily have to always be in the same plane NN as the surface e.
The diaphragm according to the invention can have the most diverse shapes, such as those shown in section, by way of example, in Figures 9 to 15. In addition, the diaphragm can be made of a single washer or of several, of the same profile or of different profiles, superimposed in a package.
In Figures 17 and 18, there is shown the first variant of use of the lining according to the invention. We can see the stop B carried by the inner part A, while the gasket is tightly fixed to the outer part E.
It can be seen in this figure that the diaphragm proper (which is represented for simplicity in the form of a flat washer) is supported, on both sides, by an internal spring washer L and by an external spring washer L ' .
To ensure a perfect seal and not only between the lens G and the stop surface B, the diaphragm 1 must itself be mounted in a sealed manner in the rings, as well as in the safest possible way to prevent any possibility of relative rotation between the outer and inner rings.
This assembly can be done by crimping, as shown, or in any other way. To facilitate crimping, two auxiliary rings T and T ', made of hardened steel, can be used, the shape of which may vary according to the shapes of the diaphragm used. These rings can, like the rings 2 and 3 in FIGS. 5 and 6, also have convex seats.
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1
Washers L and L ', as shown in Figures 8 and 7, are mounted and crimped together aveo the diaphragm. They reinforce the diaphragm and they supplement, if necessary, its characteristics of elasticity by modifying them at will according to their dimensions. The shape of the washers L and L 'may vary with the shape of the diaphragm and according to other necessities. Their use is optional.
For simplicity, the staves 4 and 5 have been shown in FIG. 17 as being arcs of a circle of radius n, but these curves could be other and can be different for the two staves, according to the desired characteristics, but there is However, it is necessary for the bearing or sealing faces S and S 'of the rings 2 and 3 to be placed on the back of these convex bearing surfaces.
The second variant of use shown in FIGS. 19 and 20 has substantially the same characteristics as the device of the preceding figures, except. that the stop B is provided on the outer part -9 and that the gasket is fixed, in an etanohe manner on the inner part, A, this being possible due to the reversibility of the lining.
In 'both Figures 22 and 23, it can be seen that the etanoheity faces S and S' presented by the gasket of Figure 21 may have grooves. !! allowing lubrication.
Figure 21 shows the same gasket that can be mounted on the device of Figure 24 by fixing in the housing of the outer part 9 while the inner ring bears by its face S on the stop surface F B
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of the inner part A (which corresponds to the first variant of use shown in FIG. 17), while it is the reverse in Figure 25 (assembly which corresponds to the second variant of use shown in fig. - re 19). We see in Figure 21 that the offset K, determining dimension with respect to UN, the initial pressure, and which was mentioned above, is the same in the two cases of use of the seal, but this does not is not absolutely necessary.
Figures 27 and 28 show, in the same way, the two variants of use (assemblies) of the reversible gasket of figure 26, the sealing faces S and S 'of which have a stepped shape, allowing a certain radial play i , with respect to the corresponding shapes of the stops.
Figures 29, 30 and 31 show, in a similar manner the same variants of use, but this time, neither the shapes of the faces S and S ', nor the offsets K are the same on both sides of the lining. With the assembly according to figure 31, the offset K 'is greater than the offset K corresponding to the assembly according to figure 30. In this case where K' is> K, the initial pressure r '(see diagram of figure 4a) against the abutment surface is necessarily greater than r; in the diagram of FIG. 4a, this results in a displacement of the curve Co which comes to C'o.
Due to the fact that, in order to obtain reversibility, the packing has sealing faces on both sides. it is also possible to use this gasket in floating assembly, which is shown as a third variant of use in FIG. 32. In this case, it is mounted between the sealing faces of two stops B and B carried by the parts.
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exterior E and interior A respectively, without being fixed to any of these parts. What has been said, in the other cases, of the shapes of the sealing faces and of the abutment surfaces B is also applicable in this case.
This method of assembly ensures tightness in both directions, but on the condition that the pressure differences of the fluids from one side to the other, P and P ', are always smaller than the initial pressure. due to the only elastic reaction of the lining.
In all of the above cases, the lining plays the role of a centering element acting in the direction of the elastic reaction, that is to say it plays the role of a single-acting centering element .
To ensure unconditional tightness in both directions, the double gaskets mounted in opposition can be used as shown in Figures 33, 34 and 35. Figure 33 shows two gaskets mounted according to the first variant of use (surface of abutment carried by the inner part A), FIG. 34 represents two gaskets mounted according to the second variant of use (abutment surface carried by the outer part E) and FIG. 35 represents two gaskets each mounted according to each of the two variants of use in question. By thus achieving the seal in both directions (Figures 33 and 34), it can be said that a double-acting centering device is obtained.
For special reasons, it may in some cases be desirable that the double-acting centering effect be achieved with a single packing. This result is obtained with the gasket according to figures 36 and 37, which at the same time gives the advantages of the floating assembly.
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corresponding to the third variant of use, with the tightness also conditioned by the difference in the pressures of the fluids on the two sides of such a packing.
In this trim, the rings T and T 'for fixing the diaphragm are provided, like the rings 2 and 3, with convex seats on the diaphragm side, and they have on the side opposite to the convex shape, sealing faces . In fact, this seal is the combination of two seals (twin seals) having the same reaction characteristic in both directions following the same curve Co, as shown in figure 39, disregarding the axial clearance between the seal and the shoulders in its housing.
Consequently, the support washers L and L 'must be symmetrical with respect to the diaphragm, either that the latter is between these two washers as in figure 36, or that the washers L and L' are taken between two. diaphragms as in Figures 40 and 41.
Of course, given this necessary symmetry, it may not be useful to provide the offsets K or K 'on one side or the other. The initial pressure is created by the relative axial displacement of part A with respect to part E. Therefore, this seal can only be used in the event that the operating conditions maintain a relative axial thrust for a prolonged period. of part A relative to part E or vice versa, so that this thrust assumes the necessary initial pressure.
This thrust is represented below the diagram of figure 39 by the arrows directed in the opposite direction which carry parts E and A. These thrusts can be due to mechanical reasons but also to differences of thermal expansion.
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In certain cases, and especially to make the packing usable as a plain and sealed bearing and as a bearing with resilient thrust capable of supporting a certain radial load, it may be necessary to superpose several linings whose elastic reactions are in the same direction or in different directions. contrary.
Figure 42 shows, by way of example, a multiple packing of this kind playing the role of a smooth and sealed bearing with an elastic stop, it is composed of eight elementary seals acting in the same direction and together giving a resulting elastic reaction r . Like the simple fillings, this packing is reversible and it can be used according to the three variants of use indicated above; elastic reaction on the inner part A, reaction on the outer part E, or floating assembly.
This multiple seal may include a lubrication hole. Surfaces! cylindrical, of all the inner H and outer H 'rings are to be considered as radial load bearing surfaces which such a bearing must support and must be dimensioned accordingly, allowing easy relative axial sliding, without any binding or stuck, stuck. In this way the inner convex rings E must fit into the convex rings H 'with a clearance, as small as possible, but never having to be zero Figure 43 shows the seal of figure 42 assembled according to the first variant of use (reaction on the inner part), and serving as an etanoheity seal playing at the same time the role of a thrust plain bearing,
elastic of a centrifugal pump circulating a gas under high pressure, The arrows. indicate the directions of the pressures exerted on the stops which are integral with the rotor shaft.
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FIG. 44 shows the same packing forming at the same time a smooth and sealed bearing with an elastic stop, used in floating mounting (according to the third variant) on the shaft of a light rotor of a steam turbine. high speed of rotation.
In the case of a multiple seal of this type, it is not necessary that all the elementary seals include a sealed diaphragm. Some of these can be replaced by spring washers of the same diameter as the diaphragm without being waterproof; a few watertight diaphragms suffice to ensure the seal and the washers only contribute to giving the necessary elasticity and to maintaining the assembly. There is shown, by way of example, in FIGS. 45 and 46, washers which can, in this case, replace some of the diaphragms.
FIG. 47 shows a multiple packing making a sliding bearing. elastic stopper, usable in both directions and being able to be used under the same conditions as the elementary linings of Figures 36, 40 and 41. What has been said about these linings is also applicable to that of Figure 47.
As can be seen, the invention can be carried out in a large number of ways and the invention is by no means limited to the few embodiments described above which can include numerous modifications as is evident to persons of skill in the art. mitier (skilled in the art). West thus in particular, that the convex surfaces 4 and 5, instead of being cut on the rings 2 and 3 themselves on the back of the sealing faces could be formed on inserts arranged inside the rings as this is the case, for example, for the multiple packings described above.